基于石墨爐原子吸收法的河流中重金屬含量檢測方法

梁錦昌

（清遠市清城區(qū)環(huán)境監(jiān)測站，廣東 清遠 511500）

水污染是工業(yè)過程中產(chǎn)生的環(huán)境問題之一，重金屬是一種非常復(fù)雜的污染物,廢水中的重金屬包含鉛、鎘等多種金屬，這些金屬元素對水生生物具有毒性，影響水生生物的生長發(fā)育，因此準(zhǔn)確檢測河流中的重金屬元素，能夠為保護和治理水資源提供幫助。檢測重金屬元素含量的方法很多,主要有無火焰原子吸收法、電感耦合等離子體發(fā)射光譜法以及石墨爐原子吸收法等，其中石墨爐原子吸收法作為一種有效的檢測方法被廣泛使用,具有很高實用價值。本文采用石墨爐原子吸收法對河流中重金屬元素含量進行檢測,研究結(jié)果表明,該方法能在水污染事件發(fā)生后，很好地減少鉛、鎘等元素的危害。

1 河流中重金屬含量檢測現(xiàn)狀

在對重金屬污染的檢測過程中,我們會用到很多方法,其中最有代表性的是光譜法和石墨爐原子吸收法，但受不同元素之間存在著較大差異性、各組分之間相互聯(lián)系程度不同等因素影響，使得分析結(jié)果有偏差。并且部分有害物質(zhì)本身具有某些化學(xué)性質(zhì)，無法直接測定，因此需要添加一些化學(xué)藥劑或者溶劑才能有效檢測出這些物質(zhì)。如重金屬離子在水中擴散速度過快,所以直接測定時，需要用到溶劑揮發(fā)和原子吸收法,而原子吸收法在水樣檢測中比較容易受到干擾,所以需要我們?nèi)パ芯亢烷_發(fā)更方便、更準(zhǔn)確的方法[1]。

2 水中重金屬含量檢測方法

2.1 光譜法

光譜法主要包括原子熒光光譜法和電感耦合等離子體法。原子熒光光譜法是對原子在輻射能激發(fā)下發(fā)射的熒光強度，進行定量分析的發(fā)射光譜分析法。由于其操作簡單、快速,可用于重金屬元素含量檢測,在對水中有機物質(zhì)和有毒、有害成分的測定中具有良好的應(yīng)用前景。該法具有很高的靈敏度,且能進行多元素同時測定，對多種元素的靈敏度和選擇性較高,可以用于對重金屬鉛、鎘等污染成分的檢測。但是其存在熒光猝滅效應(yīng)、散射光的干擾、用于復(fù)雜基體的樣品測定比較困難等問題,因此通常需要對分析樣品進行分離純化。

電感耦合等離子體法測定水中的重金屬，主要包括電感耦合等離子體質(zhì)譜法和電感耦合等離子體發(fā)射光譜法，其中電感耦合等離子體質(zhì)譜法是一種比較好的方法,該技術(shù)利用電感耦合等離子體使樣品原子化，樣品中的重金屬離子在電激發(fā)下分解,從而得到了較高含量的重金屬。電感耦合等離子體發(fā)射光譜法是利用高頻電流產(chǎn)生的高溫將反應(yīng)氣加熱并電離,從而產(chǎn)生電感脈沖，并通過測量儀器來獲得重金屬元素含量[2]。

2.2 基于原子吸收法測定水中重金屬電解質(zhì)濃度

在石墨爐原子吸收法中,要考慮重金屬的電解質(zhì)濃度問題,因為電解液會與金屬離子產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，而不同濃度的電解質(zhì)與金屬離子產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)的效果不同，所以適合的濃度可以增強測定效果。因此我們可以利用氧化鎳，測定相應(yīng)含量的重金屬鎘溶液中，不同濃度對應(yīng)的電解質(zhì)濃度。其測定過程如下：首先采用VGB-1620原子吸收光度計作為測定儀器，對VGB-1620原子吸收光度計測定參數(shù)進行設(shè)置，如表1所示。利用石墨爐原子吸收法測定出相應(yīng)的重金屬鎘溶液中，不同元素在不同電解質(zhì)濃度下對應(yīng)于同一個待測物質(zhì),從而確定是否存在污染事件；同時測量受試液pH值、顯色溫度以及還原劑用量來進行標(biāo)定；最后將得到的檢測結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)曲線比較分析后得出結(jié)論，對其影響因素和干擾源做出判斷及改進。實驗表明：石墨爐原子吸收法可以快速準(zhǔn)確地測定出重金屬鉛、鎘等，在水中不同濃度下對應(yīng)電解質(zhì)溶液中不同含量的元素,且對不同元素的干擾程度很小,可用于重金屬鎘的污染檢測。

表1 原子吸收光度計測定參數(shù)

2.3 水中重金屬含量計算

重金屬元素的化學(xué)形態(tài)具有一定的規(guī)律性,可以用數(shù)學(xué)描述,也可用定積分方法或物理模型來表示，在實際檢測中通常會使用一些比較簡單易行、準(zhǔn)確度高的方法，快速精確地測量出所測物質(zhì)的濃度、含量等數(shù)值，作為判定水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)偏差大小、污染程度的指標(biāo),并以此來判斷水體中重金屬元素的含量[3]。根據(jù)PinAAcle90T原子吸收分光光度儀測量得到的水中重金屬電解質(zhì)濃度數(shù)據(jù),對水中重金屬含量進行計算，其計算如公式(1)所示:

3 實驗材料與方法

3.1 實驗儀器、試劑

本實驗使用的實驗儀器是PinAAcle90T原子吸收分光光度儀；方法為石墨爐原子吸收分光光度法；實驗試劑包括高純氬氣、去離子水以及所有使用到的化學(xué)試劑。

3.2 樣品采集及標(biāo)準(zhǔn)曲線繪制

通過在大燕河布設(shè)的3個采樣點，采集水樣100 mL,并存放于玻璃器皿中，先用硫銨混合液滴定,再使用硝酸銀溶液對樣品中重金屬的含量做了測定。用0.2%的濃硝酸對樣品進行酸化處理，得到待測重金屬為鉛、鎘，其中鉛、鎘分別從樣品中析出；硫銨溶液則是根據(jù)待測重金屬的含量表進行分析,得到結(jié)果是:鉛、鎘在0.03%～0.5%范圍內(nèi)均為富集現(xiàn)象[4]。

3.3 樣品測定

將酸化后的樣品放在進樣器上,取20 μL水樣于石墨爐上進行連續(xù)測定，并將其在水樣中的含量記錄下來,再通過石墨爐原子吸收法測定重金屬鉛、鎘等元素。樣品制備中采石墨與鐵元素反應(yīng)形成一個化合物，石墨的原子序數(shù)通過分光光度法來測定,然后根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線將檢測值繪制成圖,并根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)《糧油檢驗糧食、油料相對密度的測定》（GB/T5518-2008）[5]中的方法對樣品進行了檢測。

4 結(jié)果與分析

4.1 鉛空心陰極燈最佳電流的選擇

電流的選擇需要對樣品中重金屬含量進行分析,常用到的是樣品在不同環(huán)境下所呈現(xiàn)出的最大吸收值。因此有必要根據(jù)實際情況選取合適范圍內(nèi)、最適合測量的范圍外、最好采集峰值附近的鉛、鎘等元素進行檢測工作,以便更準(zhǔn)確地判斷重金屬離子對于待測物質(zhì)本身及其他成分的影響程度，從試驗的穩(wěn)定性、靈敏性等方面考慮,針對測量河水中的鉛來說，電流應(yīng)該在大于10 mA時,吸光度最佳、效果最好,因此試驗選擇電流為15 mA,結(jié)果證明效果良好。

4.2 灰化溫度和原子化溫度的選擇

灰化和火焰原子吸收的原理是基于混合物中的元素，在不同溫度中會產(chǎn)生不同的反應(yīng),所以選擇合適的種類、濃度可以對樣品進行準(zhǔn)確檢測。由于水蒸氣不能自發(fā)去除(熱效應(yīng))而影響了化學(xué)反應(yīng)，因此我們通常使用蒸餾法，處理工業(yè)生產(chǎn)過程中所需元素的提取與釋放問題；此外在沸點低、易揮發(fā)以及不易升華等限制性因素存在時，該法也可用于分析和預(yù)測重金屬含量變化趨勢及其他可能出現(xiàn)的新情況,從而為重金屬的檢測提供可靠依據(jù)[6]?；一瘻囟鹊倪x擇應(yīng)該有利于干擾成分的去除,而原子化的溫度應(yīng)該注重對石墨管的影響。試驗中灰化溫度選擇在800 ℃,原子化溫度選擇在2 000～3 000 ℃,試驗結(jié)果表明，所測數(shù)據(jù)穩(wěn)定,效果良好。

4.3 石墨爐的升溫

使石墨爐升溫的方法很多,主要有單因子檢測法和多因子定量檢測法。其中,多因子定量檢測法是最常用且行之有效、應(yīng)用面最廣的方法，其特點是：對樣品進行處理后就可以得到比較準(zhǔn)確的測量結(jié)果，對重金屬的含量進行定量分析,可以在一定程度上減少污染源,同時也能為環(huán)境保護做出貢獻。在實際生產(chǎn)中，應(yīng)選擇合適的元素，以便后續(xù)工作能方便快捷地完成，另外還要注意到重金屬離子與石墨爐之間存在化學(xué)反應(yīng)等因素的影響,以進行進一步判斷。石墨爐的升溫過程見表2。

表2 石墨爐測定鉛的升溫程序

4.4 精密度和準(zhǔn)確度

原子吸收光譜中的元素由原子序數(shù)矩陣和基態(tài)復(fù)數(shù)構(gòu)成,所以在分析過程中十分重要。而準(zhǔn)確度又被稱為譜線強度或靈敏程度，通常被用來作為檢測元素含量的一個重要參考指標(biāo)，在試驗條件下,以檢測重金屬鉛為例，對3個采樣點的水樣用3 μg/L的標(biāo)準(zhǔn)液檢測，驗證試驗的精密度和準(zhǔn)確度,檢測結(jié)果見表3。

表3 試驗的精密度和準(zhǔn)確度

4.5 加標(biāo)回收率試驗

加標(biāo)回收率能夠反映所測定元素的濃度與待測組分相對標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度之間的關(guān)系，也可以反映所測元素濃度變化對待測樣品影響的程度。加標(biāo)回收率試驗需要在樣品中加入已知量的鉛標(biāo)準(zhǔn)溶液,再進行檢測,并計算回收率,結(jié)果見表4。

表4 試驗的加標(biāo)回收率

通過表3、表4可以看出,此次試驗的精密度和回收率符合環(huán)境分析的要求,在重金屬的檢測中取得了良好效果，也說明了石墨爐原子吸收法對河水水質(zhì)測量的靈敏度較高，效果更好。

5 結(jié)論

采用石墨爐原子吸收法在測量時要充分考慮各步驟的溫度和停留時間,測量方法中需要考慮到重金屬元素和有機物之間，存在不同程度的化學(xué)鍵以及原子間距等因素，保證對重金屬元素的分析準(zhǔn)確度。相比其他的檢測方法,石墨爐原子吸收法是一種利用溫度的變化來測量重金屬元素含量的方法,可以很好地檢測出水樣中含有的不同種類重金屬,而且操作簡單、快速且結(jié)果準(zhǔn)確度高。利用石墨爐原子吸收法檢測重金屬含量的方法，能夠有效檢測河流中的重金屬,該方法不但能夠用于河流中的重金屬檢測，還可用于土壤等污染環(huán)境中的重金屬檢測,在實際應(yīng)用中具有很大潛力。