超聲逆王水提取等離子光譜測定水系沉積物中多元素

商仲彬，歐陽荷，陳梓婷，容婕瑤

(1.華南農(nóng)業(yè)大學(xué), 廣東 廣州 510610；2.廣州市城市排水有限公司,廣東 廣州 510335)

1 引言

水系沉積物是水體重金屬的重要?dú)w宿和儲存場所,也是潛在污染受體和污染源[1，2]，可遷移重金屬會釋放進(jìn)入生態(tài)環(huán)境，污染物沉降與吸附在水體沉積物中累積、再釋放[3～5]。目前水系沉積物微量及痕量元素的消解主要有堿熔法、混酸敞開消解、微波消解[6～10]等方法。傳統(tǒng)的處理方法處理量受限，成本高，不利于大批量樣品的處理。

電感耦合等離子體發(fā)射光譜法(ICP-OES)使用消解液建立工作曲線可以消除樣品復(fù)雜的基體效應(yīng)、掩蓋部分光譜干擾,無需配制標(biāo)準(zhǔn)溶液,具有分析速度快、線性范圍寬、可多元素同時(shí)檢測等優(yōu)點(diǎn)[11],已廣泛應(yīng)用于化工、環(huán)境、石油、礦產(chǎn)、冶金、生物、半導(dǎo)體、醫(yī)學(xué)、材料分析等領(lǐng)域[12～15]。

本文以中國地質(zhì)科學(xué)院地球物理地球化學(xué)勘查研究所(GBW07375 GSD-25、GBW07375 GSD-27、GBW07375 GSD-31)水系沉積物標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)為研究對象，利用逆王水-氫氟酸為提取液，使用超聲水浴輔助提取水系沉積物中Cu、Cr、Mn、Ni、Pb、Zn、As，再使用等離子光譜法測試，通過控制不同的逆王水用量、水浴溫度、提取時(shí)間，擬建立一種普適性強(qiáng)、檢測成本低、可適用于水系沉積物中Cu、Cr、Mn、Ni、Pb、Zn、As元素批量測定的方法，提高檢測效率。

2 實(shí)驗(yàn)儀器與試劑

2.1 實(shí)驗(yàn)儀器

超聲清洗儀：予華KQ-5200B(頻率40kHz)；測試儀器：Perkin Elmer Avio200。

2.2 實(shí)驗(yàn)試劑與材料：

硝酸：UP級； 鹽酸：優(yōu)級純；氫氟酸：HPLC，考慮到HF可能對測試儀器由腐蝕作用，實(shí)驗(yàn)用酸固定量為1mL；純水：實(shí)驗(yàn)用水均為超純水(電導(dǎo)率≤0.055 μs/cm)；氬氣：>99.9999%；標(biāo)液：Absolute Standards,inc 系列號100419多元素混合標(biāo)準(zhǔn)溶液質(zhì)量濃度為100 μg/mL；水系沉積物標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)：中國地質(zhì)科學(xué)院地球物理地球化學(xué)勘查研究所。

3 結(jié)果與討論

3.1 不同逆王水用量對標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中各元素測定結(jié)果的影響

為研究逆王水用量對水系沉積物標(biāo)準(zhǔn)樣品中金屬元素提取效果的影響，在固定標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)樣品量為100 mg、超聲時(shí)間為90 min、水浴溫度為90 ℃的工作條件下，王水的用量分別設(shè)定為3、5、10 mL，各金屬元素的提取結(jié)果見表1。由表1可知，逆王水用量為3 mL時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的金屬元素均出現(xiàn)較大的負(fù)誤差，說明可能此時(shí)逆王水的用量不足，部分金屬元素未被溶出，用量為5 mL時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)金屬元素的測定值均處在標(biāo)準(zhǔn)值范圍內(nèi)，可視為該標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的金屬元素充分溶出，隨著逆王水的用量增大至10 mL，部分測定結(jié)果的正誤差均有增大，因此可認(rèn)為逆王水最佳用量為5 mL。

表1 不同逆王水用量對標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中各元素測定結(jié)果的影響

3.2 不同提取時(shí)間對標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中各元素測定結(jié)果的影響

為研究超聲提取時(shí)間對水系沉積物標(biāo)準(zhǔn)樣品中金屬元素提取效果的影響，在固定標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)樣品量為100 mg、逆王水的用量為5 mL、水浴溫度為90 ℃的工作條件下，分別設(shè)定超聲時(shí)間為30 min、45 min、60 min、90 min，各金屬元素的提取結(jié)果見表2。由表2結(jié)果可知，超聲提取時(shí)間為30 min、45 min時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的金屬元素均出現(xiàn)較大的負(fù)誤差，不在標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)定值范圍內(nèi)，說明標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中的金屬元素未被完全提取出來。當(dāng)提取時(shí)間為60 min、90 min時(shí)，各金屬元素的測定值均在標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的認(rèn)定值范圍內(nèi)，隨著時(shí)間的增加，金屬元素的測定值未有明顯變化，因此，可認(rèn)為最佳超聲提取時(shí)間為60 min。

表2 不同超聲提取時(shí)間對標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中各元素測定結(jié)果的影響

3.3 不同水浴溫度對標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中各元素測定結(jié)果的影響

考察不同水浴溫度對水系沉積物標(biāo)準(zhǔn)樣品中金屬元素提取效果的影響。在固定標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)樣品量為100 mg、逆王水的用量為5 mL、超聲時(shí)間為60 min的工作條件下，分別設(shè)定水浴溫度為20 ℃、40 ℃、60 ℃、90 ℃，各金屬元素的提取結(jié)果見表3。由表3結(jié)果可知，水浴溫度為20 ℃、40 ℃時(shí)，測定結(jié)果與認(rèn)定值有較大負(fù)偏差，這是由于在低提取溫度下水系沉積物標(biāo)準(zhǔn)樣品金屬元素的溶出效率偏低導(dǎo)致。提高超聲水浴溫度，測定值逐漸增大，當(dāng)水浴溫度為60 ℃時(shí)，各金屬元素的測定值均在標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的認(rèn)定值范圍內(nèi)。隨著水浴溫度提高90 ℃時(shí)，金屬的溶出率稍有提高，但個(gè)別元素的測定值超出了認(rèn)定值范圍，出現(xiàn)較大的正誤差。因此，可認(rèn)為最佳水浴提取溫度為60℃。

表3 不同水浴溫度對標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中各元素測定結(jié)果的影響

續(xù)表3

4 結(jié)論

通過對水系沉積物標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)(GBW07375 GSD-25、GBW07375 GSD-27、GBW07375 GSD-31)測定，當(dāng)稱樣量為100 mg，超聲頻率40kHz時(shí)，逆王水-氫氟酸超聲水浴提取水系沉積物的最佳條件為逆王水用量5 mL，水浴溫度為60 ℃，超聲提取60 min，提取水系沉積物標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中Cu、Cr、Ni、Mn、Pb、Zn和As可準(zhǔn)確測定。該測試方法靈敏度高，準(zhǔn)確度、精密度和線性等指標(biāo)良好，該前處理方法有利于降低水系沉積物金屬元素的測試成本，提高測試效率。超聲水浴-逆王水-氫氟酸聯(lián)合等離子光譜法測定水系沉積物中Cu、Cr、Ni、Mn、Pb、Zn和As具有高效、安全、簡便、準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)，可用于快速批量化檢測。