進口原子吸收光譜儀測定金屬的研究

劉 茹 李 明 索虎勤 席鳳霞 白淑娟 陳渭杰

（1.黃委會三門峽庫區(qū)水文水資源局,河南三門峽 472000;

2.黃委會水文局,鄭州 450004）

進口原子吸收光譜儀測定金屬的研究

劉 茹1李 明2索虎勤1席鳳霞1白淑娟1陳渭杰1

（1.黃委會三門峽庫區(qū)水文水資源局,河南三門峽 472000;

2.黃委會水文局,鄭州 450004）

黃河三門峽庫區(qū)水環(huán)境監(jiān)測中心引進了全英文界面進口AA400型原子吸收光譜儀,現已正式投入黃河水質監(jiān)測中,測定水質中金屬。依據原子吸收光譜法原理和《水環(huán)境監(jiān)測規(guī)范》（SL219-98）對此儀器進行試驗研究,通過三年多的試驗,其結果表明,該儀器具有快速準確、靈敏度高、精密度好、基體干擾小、分析范圍廣等特點。在水質監(jiān)測中具有較好的推廣使用價值。

原子吸收光譜儀;水質;金屬;研究

隨著水質監(jiān)測的快速發(fā)展,一些進口的快速測定儀應運而生。原子吸收法測定水質中金屬同樣改變了以往的國產原子吸收儀。黃河三門峽庫區(qū)水環(huán)境監(jiān)測中心引進了全英文界面美國產AA400型原子吸收光譜儀,并已首次正式投入黃河水質監(jiān)測中。現就研究主要過程簡述如下。

1 原子吸收光譜分析方法原理

原子吸收光譜法就是用待測元素的共振線波長的光 （由原子光譜燈產生的共振發(fā)射線）照射游離的原子群,待測元素的基態(tài)原子吸收該波長的光后,躍遷到最低激發(fā)態(tài)。基態(tài)原子的濃度越大,吸收的光量越多。測量透過光的強度,反推出被吸收的光量,就能據此求得試樣中元素的含量。

亦即原子吸收光譜是指在蒸氣相中的基態(tài)原子吸收該元素特征輻射光線而產生的吸收光譜。

2 AA400型原子吸收光譜儀結構原理

原子吸收光譜儀由光源、原子化、分光、檢測讀出和微機系統(tǒng)組成。光源系統(tǒng)提供待測元素的特征輻射光譜;原子化系統(tǒng)將樣品中的待測元素轉化成自由原子;分光系統(tǒng)將待測元素的共振線分出;檢測讀出系統(tǒng)將光信號轉換成電信號進而讀出光密度 （信號值）;微機系統(tǒng)用于處理數據、顯示結果和存儲數據,同時控制儀器,提高測量準確度和自動化程度。AA400型原子光譜儀結構原理如圖1所示。

圖1 AA400型原子吸收光譜儀結構原理圖

3 試驗內容

用AA400型原子吸收光譜儀測定水質中銅、鉛、鋅、鎘、錳、鉀、鈉等7種金屬,依據 《水環(huán)境監(jiān)測規(guī)范》 （SL219-1998）和GB7475-1987、GB11911-1989、GB11904-1989等國家標準方法,從標準曲線的繪制、監(jiān)測元素 （注:文中每提到一種元素皆指此種金屬）檢出限的測定、精密度檢驗、準確度檢驗等方面進行分析研究,提出測試的最佳條件和得出可行性的結論。

3.1 試驗原理

將樣品或消解處理過的樣品直接吸入火焰,在火焰中形成的原子對特征電磁輻射 （空心陰極燈提供）產生吸收,將測得的樣品吸光度 （信號值）和標準溶液的吸光度進行比較,確定樣品中被測元素的濃度。其計算公式為:

公式 （1）中:

A——繪制標準曲線某點吸光度 （信號值）;

a——繪制標準曲線的斜率;

x——繪制標準曲線橫坐標上某點的濃度值（mg/L）;

b——繪制標準曲線的截距。

公式（2）中:

ρ——樣品中被測元素的濃度值 （mg/L）;

A——測得試樣的吸光度 （信號值）。

3.2 最佳測定條件選擇

經過大量反復試驗后,方能確定不同元素的最佳測定條件。試驗結果總結出7種不同元素最佳測試條件如表1所示。

表1 AA400型原子吸收光譜儀測定各元素的最佳測試條件

3.3 各種元素標準曲線的繪制

根據試驗原理,要求得試樣中被測元素的濃度,必須由繪制該元素的標準曲線求得。

根據AA400型推薦條件,繪制各元素標準曲線的最高點不能超過儀器規(guī)定的上限。繪制標準曲線時以濃度值為橫坐標,以吸光度為縱坐標,每條曲線7個點,零點也參加回歸。對于每臺新儀器在正式投入使用前,按要求需和以往使用的儀器進行分析比較,二者測定結果無顯著性差異,方能使用。依據《環(huán)境水質監(jiān)測質量保證手冊》中技術規(guī)定,用t檢驗法,對現用和以用兩臺儀器同時繪制的標準曲線進行檢驗。AA400型測定各元素繪制標準曲線相關系數r均在0.9991～0.9999之間,WFX-ⅠD測定各元素繪制標準曲線相關系數r均在0.9991～0.9998之間,經檢驗兩者無顯著性差異。

3.4 各種元素檢出限的測定

在AA400型原子吸收光譜儀最佳測試條件下,繪制出合格的標準曲線后,測定各種元素檢出限才是可信的。

檢出限是指能以適當的置信度被檢出的項目（元素）的最小濃度或最小量。

AA400型原子吸收光譜儀測定銅檢出限為0.011mg/L（方法檢出限為0.05mg/L）;鉛檢出限為0.057mg/L（方法檢出限 0.2mg/L）;鋅、鎘檢出限均為0.014mg/L（方法檢出限均為0.05mg/L）;錳檢出限為0.014mg/L（方法檢出限0.01mg/L）;鉀檢出限為 0.007mg/L（方法檢出限為 0.03mg/L）;鈉檢出限為0.034mg/L（方法檢出限為0.1mg/L）。經過測定的幾種元素檢出限與方法檢出限比較,測定值小于方法值。由此說明,應用此儀器測定幾種金屬元素方法及操作過程是可行的。

3.5 精密度的檢驗

精密度是指用一特定的分析程序在受控條件下重復分析均一樣品所得測定值的一致程度。它反映了分析方法或測量系統(tǒng)存在的隨機誤差的大小。通常用標準偏差表示精密度。分別以國家環(huán)境保護總局標準樣品研究所提供的標樣和水利部水環(huán)境監(jiān)測評價研究中心提供的標樣,對7種元素測定結果的一致性進行檢驗。其結果是:銅測定值為0.888mg/L（真值為 0.866mg/L）,標準偏差為0.008;鉛測定值為0.706mg/L（真值為0.705mg/L）,標準偏差為0.011;鋅測定值為0.540mg/L（真值為0.544mg/L）,標準偏差為 0.010;鎘測定值為0.631mg/L（真值為 0.629mg/L）,標準偏差為0.007;錳測定值為0.695mg/L（真值為0.713mg/L）,標準偏差為0.011;鉀測定值為8.18mg/L（真值為8.15mg/L）,標準偏差為 0.085;鈉測定值為 48.62mg/L（真值為48.37mg/L）,標準偏差為1.33。由此看來,7種元素測定結果均較接近真值,標準偏差均較小。均符合《水環(huán)境監(jiān)測規(guī)范》SL219-1998中技術規(guī)定。說明應用AA400型測定水質中銅、鉛、鋅、鎘、錳、鉀、鈉等幾種金屬元素系統(tǒng)誤差較小。

3.6 準確度的檢驗

準確度是用一個特定的分析程度所獲得的分析結果（單次測定值或重復測定的均值）與假定的或公認的真值之間符合程度的度量。一個分析方法或分析測量系統(tǒng)的準確度是反映該方法或該測量系統(tǒng)存在的系統(tǒng)誤差和隨機誤差兩者的綜合指標,它決定著這個分析結果的可靠性。準確度的評價方法采用測量標準物質（樣品）或用標準物質（樣品）測定其回收率。

（1）回收率的測定。AA400型原子吸收光譜儀測定銅、鉛、鋅、鎘、錳、鉀、鈉等元素的回收率依次為104%、93.0%、108%、106%、95.6%、92.8%、98.9%。均符合《水環(huán)境監(jiān)測規(guī)范》中回收率要求在90%～110%之間技術規(guī)定。

（2）標準物質（樣品）的測定。AA400型原子吸收光譜儀測定銅、鉛、鋅、鎘、錳、鉀、鈉等元素的標準物質（樣品）,其測定結果為:銅0.873mg/L（真值為0.866mg/L）,相對誤差為 0.81%;鉛 0.722mg/L（真值 0.705mg/L）,相對誤差為 2.41%;鋅0.536mg/L（真值0.544mg/L）,相對誤差為-1.47%;鎘0.636mg/L（真值 0.629mg/L）,相對誤差為1.11%;錳 0.681mg/L（真值 0.713mg/L）,相對誤差為-4.63%;鉀 8.10mg/L（真值 8.15mg/L）,相對誤差為-0.61%;鈉48.42 mg/L（真值48.37mg/L）,相對誤差為0.10%。由此說明,AA400型原子吸收光譜儀測定標準物質（樣品）的結果均在允許范圍之內。采用AA400型原子吸收光譜儀測定水質金屬可以提供準確、可靠的監(jiān)測數據。

（3）水樣的比測試驗。因標準物質（樣品）沒有干擾物質,進行比測其結果都很滿意。而水質樣品就不同,尤其黃河水質樣品或者污水,所含干擾物質較多,且黃河泥沙含量較高,往往測定結果偏差很大。所以水樣在測定之前需進行預處理,以排除干擾物質,將測定的偏差降低到最小。現以三門峽斷面（黃河干流）樣品對鉀、鈉分別進行比測。現用與以用兩臺儀器比測結果為,鉀:AA400型測定值4.54mg/L,WFX-ⅠD型測定值4.30 mg/L,兩者相對偏差為2.71%;鈉:AA400型測定值79.8 mg/L,WFX-ⅠD型測定值75.6mg/L,兩者相對偏差為2.70%。由此說明,兩臺儀器比測鉀、鈉的結果均符合《水環(huán)境監(jiān)測規(guī)范》中技術規(guī)定（相對偏差≤5%）。

4 結論與建議

經過以上試驗研究,用AA400型原子吸收光譜儀,采用火焰原子吸收分光光度法測定水質7種金屬,具有操作簡單、快速、儀器性能穩(wěn)定、基體干擾小、靈敏度高、分析結果準確可靠等特點,在水質監(jiān)測中具有較好的推廣使用價值。

建議在今后的工作中,繼續(xù)做好該儀器的試驗研究。用此儀器開發(fā)分析水質中其它金屬項目。如:鐵、鈣、鎂、鎳等,以使AA400型原子吸收光譜儀在水質監(jiān)測中發(fā)揮其最大的作用。

[1]水環(huán)境監(jiān)測規(guī)范.北京:中國水利水電出版社,1998

[2]水和廢水監(jiān)測分析方法.北京:中國環(huán)境科學出版社,2002

[3]水環(huán)境監(jiān)測實用手冊.北京:中國水利水電出版社,2003

X832

A

1008-1305（2011）01-0028-03

10.3969/j.issn.1008-1305.2011.01.010

劉茹 （1962年-）,女,高級工程師。

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