異丙醇作基體改進(jìn)劑-石墨爐原子吸收光譜法測定飲用水中鋁的含量

傅 玉,王 勇

(中國鐵路成都局集團(tuán)有限公司 貴陽疾病預(yù)防控制中心,貴陽 550002)

鋁是一種在自然界分布廣泛且具有慢性蓄積性的低毒金屬,可引起人體中樞神經(jīng)功能紊亂,使人記憶力減退,嚴(yán)重時甚至造成癡呆[1-2]。隨著工業(yè)化進(jìn)程的加快,環(huán)境污染日趨嚴(yán)重,尤其是酸雨造成大范圍土壤中鋁溶出,這些鋁會深入地下水,從而污染飲用水[3]。同時,在輸送飲用水時,輸配系統(tǒng)中的建筑材料也含有鋁元素,進(jìn)一步增加了飲用水中鋁的含量。另外,現(xiàn)代城市供水處理需要對飲用水進(jìn)行凈化處理,而處理過程中使用的凈水劑一般含有聚合氯化鋁、聚合硫酸鋁等鋁試劑[4-5],由此也會產(chǎn)生飲用水中鋁的殘留。GB 5749-2006《生活飲水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》中已將鋁元素作為一項(xiàng)常規(guī)檢驗(yàn)項(xiàng)目,并規(guī)定其質(zhì)量濃度應(yīng)小于0.2 mg·L-1。因此,準(zhǔn)確測定飲用水中鋁元素的含量具有重要意義。

水中鋁的測定方法有分光光度法[6-8]、電感耦合等離子體質(zhì)譜法[8]、石墨爐原子吸收光譜法[9-10]。分光光度法呈色反應(yīng)干擾多、操作繁瑣、分析時間長、靈敏度低;電感耦合等離子體質(zhì)譜法所用的儀器設(shè)備價(jià)格昂貴,一般實(shí)驗(yàn)室難以配備;石墨爐原子吸收光譜法具有分析時間短、儀器普及率高、檢出限低、所需樣本量少等特點(diǎn),但GB/T 5750.6-2006《生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)方法 金屬指標(biāo)》中測定鋁的石墨管需要涂鉭處理,操作較為繁瑣。鑒于此,本工作以異丙醇為基體改進(jìn)劑,提出了石墨爐原子吸收光譜法測定飲用水中鋁含量的方法,可滿足生活飲用水中鋁含量的檢測要求。

1 試驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

AA6800型原子吸收光譜儀,配ASC-6100 型自動進(jìn)樣器、高密石墨管、熱解石墨管、平臺石墨管、鋁空心陰極燈;Milli-Q 型純水機(jī)。

鋁標(biāo)準(zhǔn)溶液:GBW(E)080219,鋁質(zhì)量濃度100 mg·L-1,批號18125。使用時,用1%(體積分?jǐn)?shù),下同)硝酸溶液稀釋至所需質(zhì)量濃度。

鋁水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)樣品:GSB 07-1375-2001,鋁認(rèn)定值(290±28)μg·L-1,批號205014。

硝酸為優(yōu)級純;硝酸鎂、氯化鈀、重鉻酸鉀、氧氯化鋯、乙酰丙酮、異丙醇均為分析純;試驗(yàn)用水為超純水。

1.2 儀器工作條件

分析譜線309.3 nm;光譜通帶寬度0.5 nm;燈電流10 m A;進(jìn)樣量10μL;原子化時停氣,氘燈扣除背景吸收。采用平臺石墨管,石墨爐升溫程序見表1。

表1 石墨爐升溫程序Tab.1 Temperature programming of graphite furnace

1.3 試驗(yàn)方法

采集1 000 mL水樣,加入10 mL硝酸,由自動進(jìn)樣器吸取10μL上述混合溶液和5μL異丙醇,按照儀器工作條件進(jìn)行測定。

2 結(jié)果與討論

2.1 石墨管的選擇

石墨爐原子吸收光譜法需要根據(jù)待測元素及樣品選擇合適的石墨管。普遍使用的石墨管有3種,分別是高密石墨管、熱解石墨管和平臺石墨管,試驗(yàn)考察了這3種石墨管對鋁測定的影響。由于石墨有多孔特性,鋁在石墨管壁有一定的滲透,高密石墨管在測定鋁時存在嚴(yán)重的記憶效應(yīng),靈敏度低,結(jié)果重現(xiàn)性差,這與文獻(xiàn)[11-13]報(bào)道一致。熱解石墨管和平臺石墨管均能在一定程度上克服記憶效應(yīng),提高測定的靈敏度和重現(xiàn)性,但熱解石墨管對鋁的響應(yīng)值過高,造成線性范圍過窄,綜合考慮這兩種石墨管的特性,試驗(yàn)選用平臺石墨管進(jìn)行測定。該方法不用空燒石墨管來消除原子化后的殘留,延長了石墨管的使用壽命。

2.2 基體改進(jìn)劑的選擇

試驗(yàn)使用平臺石墨管對鋁進(jìn)行測定時發(fā)現(xiàn),在剛開始使用平臺石墨管時,鋁標(biāo)準(zhǔn)曲線線性良好,當(dāng)進(jìn)樣20次左右時,鋁吸光度開始出現(xiàn)異常,導(dǎo)致重現(xiàn)性變差。這是由于石墨管表面孔隙率較高,經(jīng)多次使用后表面出現(xiàn)疏松、大孔徑及海綿狀結(jié)構(gòu),鋁在高溫下很容易滲入孔中,不利于原子化,同時產(chǎn)生記憶效應(yīng)[14]。因此,GB/T 5750.6-2006中提出測定鋁的石墨管需要涂鉭處理。由于涂鉭操作繁瑣,穩(wěn)定性不佳,試驗(yàn)選擇采用加入基體改進(jìn)劑來降低干擾。

試驗(yàn)考察了50 g·L-1硝酸鎂溶液、10 g·L-1氯化鈀溶液、0.2 g·L-1重鉻酸鉀溶液、4 g·L-1氧氯化鋯溶液、20%(體積分?jǐn)?shù),下同)乙酰丙酮溶液、異丙醇等6種基體改進(jìn)劑對鋁測定的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn):這幾種物質(zhì)均能在一定程度上提高灰化溫度,消除背景干擾,提高測定靈敏度;其中20%乙酰丙酮溶液和異丙醇穩(wěn)定性更好,不易引入雜質(zhì),并且異丙醇無需進(jìn)行溶液配制,可直接作為基體改進(jìn)劑,操作更加簡單、快捷。因此,試驗(yàn)選擇的基體改進(jìn)劑為異丙醇。

2.3 分析譜線的選擇

試驗(yàn)考察了40μg·L-1鋁標(biāo)準(zhǔn)溶液在分析譜線237.3,257.4,309.3,394.4 nm 下的吸光度。結(jié)果顯示,吸光度 依次為0.074 1,0.035 7,0.106 3,0.003 1,在309.3 nm 下鋁的吸光度較高,且不易受到干擾。因此,試驗(yàn)選擇鋁的分析譜線為309.3 nm,這與原子吸收光譜法中的結(jié)果一致[15]。

2.4 灰化溫度與原子化溫度的選擇

在石墨爐原子吸收光譜法分析中,灰化溫度高、時間長,會導(dǎo)致待測元素靈敏度降低、重現(xiàn)性變差;灰化溫度低、時間短,難以除去干擾成分。而原子化溫度高,會縮短石墨管的使用壽命,導(dǎo)致基線不穩(wěn)定[16]。試驗(yàn)考察了灰化溫度分別為700,800,900,1 000,1 100,1 300,1 500 ℃,原子化溫度分別為2 100,2 200,2 300,2 400,2 500,2 600℃時40μg·L-1鋁標(biāo)準(zhǔn)溶液的吸光度,結(jié)果見圖1。

圖1 灰化溫度和原子化溫度對鋁吸光度的影響Fig.1 Effect of the ashing temperature and atomization temperature on the absorbance of aluminum

結(jié)果表明:當(dāng)灰化溫度為1 000 ℃,原子化溫度為2 400 ℃時,鋁吸光度平穩(wěn),說明該條件有利于消除樣品中的雜質(zhì)和碳化物。因此,試驗(yàn)選擇的灰化溫度為1 000 ℃,原子化溫度為2 400 ℃。

2.5 干擾試驗(yàn)

在40μg·L-1鋁標(biāo)準(zhǔn)溶液中加入一定量的共存離子溶液,考察了250 mg· L-1SO42-、100 mg·L-1Cl-、0.3 mg·L-1Fe3＋、0.1 mg·L-1Mn2＋、1.0 mg·L-1Cu2＋、1.0 mg·L-1Zn2＋、1 000 mg·L-1NO3-等共存離子對鋁測定的干擾。結(jié)果表明:使用涂鉭石墨管10次后,涂層被侵蝕,氯化物會保留在灰化階段,原子化階段氯化物會對鋁蒸氣產(chǎn)生干擾;以異丙醇為基體改進(jìn)劑時,上述共存離子對鋁吸光度沒有顯著影響。

2.6 標(biāo)準(zhǔn)曲線和檢出限

用1%硝酸溶液對鋁標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行稀釋,配制成0,20,40,80,120,160μg·L-1鋁標(biāo)準(zhǔn)溶液系列。按照儀器工作條件進(jìn)行測定,以鋁質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo),對應(yīng)的吸光度為縱坐標(biāo)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。結(jié)果顯示,鋁標(biāo)準(zhǔn)曲線的線性范圍在160μg·L-1以內(nèi),線性回歸方程為A＝2.600×10-3c＋3.721×10-3,相關(guān)系數(shù)為0.999 1。

對空白溶液重復(fù)測定11 次,以3 倍標(biāo)準(zhǔn)偏差(s)計(jì)算檢出限(3s),結(jié)果為2.8×10-5μg。

2.7 精密度與準(zhǔn)確度試驗(yàn)

按照試驗(yàn)方法對自來水水樣重復(fù)測定6次,計(jì)算測定值的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD),結(jié)果為3.0%。

在日常檢測工作中每次測定樣品的同時測定標(biāo)準(zhǔn)樣品GSB 07-1375-2001,1個月內(nèi)鋁的測定值為266～301μg·L-1,均在認(rèn)定值的不確定度范圍內(nèi),測定值的RSD(n＝10)為4.5%。以上結(jié)果說明儀器穩(wěn)定性好、方法重復(fù)性好,滿足測試要求。

2.8 回收試驗(yàn)

對實(shí)際水樣進(jìn)行3 個濃度水平的加標(biāo)回收試驗(yàn),計(jì)算回收率,結(jié)果見表2。

表2 回收試驗(yàn)結(jié)果Tab.2 Results of test for recovery

本工作以異丙醇為基體改進(jìn)劑,采用石墨爐原子吸收光譜法直接測定飲用水中鋁元素的含量。所選平臺石墨管無需進(jìn)行涂鉭處理,操作簡便、快速,并且克服了鋁與石墨管形成碳化物而產(chǎn)生的記憶效應(yīng),延長了石墨管的使用壽命。該方法準(zhǔn)確可靠,在實(shí)際工作中具有一定的應(yīng)用價(jià)值。