火焰原子法測量水中微量的銅

＊李凱 張叢蘭

（湖北大學(xué)知行學(xué)院生物與化學(xué)工程學(xué)院 湖北 430000）

引言

銅是水中常見的金屬陽離子之一，生活用水中含有微量的銅元素，所以測定水中銅元素的含量是對水質(zhì)分析中的常規(guī)檢測。一般來說地表水和地下水中銅含量非常低，小于1mg/L，世界衛(wèi)生組織（WHO）對飲用水的規(guī)定指出，WHO規(guī)定兒童每日銅攝取量為0.5mg/kg，上限量指標(biāo)為10mg/kg，成人每日指標(biāo)為10mg/kg。飲用水中微量的銅對人體是有利的，可以補(bǔ)充人類食物中銅的不足，同時可以滅殺自來水中某些細(xì)菌的作用。但一旦超量攝入也會給人體帶來危害，如引起胃部不適，嘔吐及腹瀉。由此，世界衛(wèi)生組織規(guī)定飲水中銅的限閥為20mg/L，US（EPA）標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定為15mg/L[1]。

1.實(shí)驗(yàn)部分

(1)實(shí)驗(yàn)原理

原子吸收光譜法是一種廣泛應(yīng)用的測定元素方法，是利用一定波長的光輻射可以被氣態(tài)原子可以吸收，使原子外層電子，從基態(tài)激發(fā)到高能態(tài)的現(xiàn)象為原理而建立的。不同原子中的對應(yīng)電子能級有所不同，可選擇性地吸收特定波長的的幅射光，這個特定的共振吸收波長剛好等于該原子由基態(tài)到激發(fā)態(tài)對應(yīng)的波長。當(dāng)入射輻射的頻率等于原子中電子由激態(tài)躍遷到激發(fā)狀態(tài)時，原子中的外層電子將有選擇地吸收其同種元素所發(fā)射的特征譜線，使入射光減弱。特征譜線因吸收而減弱的程度稱為吸光度A，在線性范圍內(nèi)與被測元素的含量成正比：A=KC[2]。

測量銅含量時，銅元素溶液霧化成氣溶膠后進(jìn)入火焰，在火焰溫度下氣溶膠中的銅離子變成銅原子蒸氣，由光源銅空心陰極燈幅射出波長為324.7nm的銅特征譜線，被銅原子蒸氣吸收。在適當(dāng)?shù)膶?shí)驗(yàn)條件下，實(shí)驗(yàn)測得的元素響應(yīng)值A(chǔ)bs與溶液中銅元素濃度關(guān)系符合朗伯比爾吸收定律，利用不同濃度的銅離子標(biāo)準(zhǔn)溶液分別測定其吸光度，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線[3]。

國內(nèi)外對于測定食品中鋅、銅等微痕量元素有EDTA滴定法、分光光度法、熒光光譜法、高效液相色譜法、原子發(fā)射光譜法、火焰原子吸收光譜法、電化學(xué)分析法等。本實(shí)驗(yàn)采用火焰原子吸收光譜法檢測水中銅含量，此方法具有操作簡便，效率高、精密性好的優(yōu)勢[4]。

(2)實(shí)驗(yàn)儀器與試劑

儀器：日本島津AA-650型原子吸收分光光度計(jì)、銅元素空心陰極燈、乙炔鋼瓶、空氣壓縮機(jī)、100ml容量瓶若干。

試劑：1000μg/mL銅標(biāo)準(zhǔn)溶液、去離子水、水樣。

(3)銅標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用液的配制

100μg/mLCu標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用液的配制：使用10.00mL移液槍移取10mL濃度為1000μg/mL的Cu標(biāo)準(zhǔn)液到100mL容量瓶中，并用去離子水稀釋，定容至容量瓶刻度線，搖勻。

10μg/mLCu標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用液的配制：使用10.00mL移液槍移取10mL濃度為100μg/mL的Cu標(biāo)準(zhǔn)液到100mL容量瓶中。并用去離子水稀釋，定容至刻度線，搖勻。

(4)最佳分析條件

實(shí)驗(yàn)中所用儀器參數(shù)如表1所示：

表1 分析各元素儀器參數(shù)設(shè)置

(5)銅標(biāo)準(zhǔn)曲線的測定

分別移取2.00mL、4.00mL、6.00mL、8.00mL、10.00mL濃度為10μg/mL的Cu標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用液于100mL容量瓶中，用去離子水定容至刻度。按照火焰原子吸收分光光度計(jì)的操作步驟開啟儀器，將工作燈設(shè)置為銅燈并對元素?zé)暨M(jìn)行特征波長的尋峰操作，而后按照提示設(shè)置其最佳測量條件，以去離子水為空白，測定標(biāo)準(zhǔn)系列吸光度。

表2 標(biāo)準(zhǔn)系列濃度

圖1 水樣中銅元素標(biāo)注曲線

(6)水樣的測定

按照上述的實(shí)驗(yàn)辦法，進(jìn)行水樣的測定，測得樣品的Abs為0.089，帶入標(biāo)準(zhǔn)曲線中，計(jì)算得到樣品中銅含量為0.68μg/mL（mg/kg）。

2.結(jié)果與討論

(1)結(jié)果

測定結(jié)果為銅的平均含量為0.68μg/mL（mg/kg）。

(2)討論

①分析波長的選擇

各種基態(tài)原子都有若干條吸收譜線，為了提高儀器分析的靈敏度，通常我們選擇靈敏度最高的線作分析波長。如果測定元素的濃度較高，或?yàn)榱讼徑庾V線的干擾等，也可以選用次靈敏線。

銅的最靈敏線為324.8nm，次靈敏線為327.4nm。但在使用火焰原子吸收光譜法測定銅時，實(shí)驗(yàn)表明在試液保持一定酸度，不形成Cu(OH)2沉淀，一般不會產(chǎn)生干擾。因此在本文中將銅的最靈敏線作為測銅的分析線。

②燃燒器高度的選擇

燃燒頭高度影響對樣品穩(wěn)定性、靈敏度和干擾程度。各種元素在火焰介質(zhì)中，形成的基態(tài)原子的最佳濃度區(qū)域參差不齊，因而儀器感應(yīng)的靈敏度也有所差異，應(yīng)選擇合適的燃燒器高度使光束從分析元素氣態(tài)濃度最大的區(qū)域通過。在確保其它條件不改變時，修改燃燒器高度，測量Cu的吸光度。研究表明，6mm為Cu的最佳燃燒器高度。

③光譜通道寬帶的選擇

選擇光譜通帶，實(shí)際上就是選擇狹縫的寬度。影響單色器的狹縫寬度的因素很多，但主要是依據(jù)待測元素的譜線結(jié)構(gòu)和所選的吸收線附近，是否有非吸收干擾的影響來做決定。當(dāng)分析線附近沒有干擾線存在時，可以通過放寬狹縫，達(dá)到增加光譜通帶的目的。選擇0.1nm、0.2nm、0.4nm、1.2nm的光譜帶，光譜帶寬越大吸光度越小，根據(jù)各原子吸收的差異特性，隨著光譜帶寬的變小，儀器的信噪比越低，測量的過程中的穩(wěn)定性會變差，故本文選擇的光譜帶寬Cu為0.2nm。

④火焰的選擇

原子化效率與火焰的溫度高低有很大關(guān)系。首先只有在火焰達(dá)到一定溫度時，才能充分地將試樣轉(zhuǎn)化為原子蒸汽的狀態(tài)。但溫度過高則會導(dǎo)致待測原子的電離，從而減少氣態(tài)基態(tài)原子數(shù)，這對于原子吸收是很不利的。由于貧燃焰燃燒完全、氧化性較強(qiáng)，不利于還原產(chǎn)物的形成，且溫度較低。故本文在測定銅時用的是空氣-乙炔貧燃焰。

3.結(jié)果

銅是人體必需的微量礦物質(zhì)，在攝入后15分鐘即可進(jìn)入血液中，同時存在于紅血球內(nèi)外，可幫助鐵質(zhì)傳遞蛋白，在血紅素形成過程中扮演催化的重要角色。是有機(jī)體日常生命活動中必需的微量元素，是維持機(jī)體日常生理代謝,加速身體的日常代謝。本次實(shí)驗(yàn)水中銅含量測定結(jié)果為0.68μg/mL符合國家規(guī)定飲用水標(biāo)準(zhǔn)。加強(qiáng)水資源保護(hù)，為大家創(chuàng)造一個健康的環(huán)境。