微波消解—混合基體改進劑石墨爐原子吸收光譜法測定沉積物中的銅鋅鉛鎘

施風寧，胡 濤

(云南省水文水資源局水質監測處，云南 昆明 650106)

水體中的沉積物既是水體中污染物的儲備庫，又是水體潛在的污染源。水體中主要的重金屬是銅、鋅、鉛、鎘、砷、汞，會導致人體急性中毒、亞急性中毒、慢性中毒等，而水體與沉積物中的重金屬含量具有動態平衡關系，因此水體沉積物中重金屬含量的檢測是水環境監測的重點之一。現行沉積物的測定方法都是采用土壤的測定方法，在消解和測定過程中，土壤與沉積物具有較大的差別。土壤中硅酸鹽含量較高，沉積物中有機質、氮、磷、鉀、鈉含量較高，且具有較深的顏色，因此需要建立一套適合水體沉積物中重金屬的監測方法。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

石墨爐原子吸收分光光度計(熱電SOLAAR 969Z MKⅡ);銅、鋅、鉛、鎘空心陰極燈;美國CEM 高通量密閉微波消解系統;銅、鋅、鉛、鎘標樣(中國計量科學研究院)配制混合標準使用 濃度為:銅(10μg/L)、鋅(5μg/L)、鉛(10μg/L)、鎘(5μg/L)。稀釋液、空白均為0.2%硝酸溶液;EDTA2Na(分析純);硝酸銨(分析純);硝酸(優級純);Ca、Mg、K、Na、N、P 干擾液。

1.2 微波消解程序

硝酸具有非常強的氧化性，因此選擇硝酸作為消解液。雙氧水具有一定的氧化性和漂白性，對沉積物有消色作用，同時雙氧水對硝酸的氧化能力有輔助作用，因此選擇硝酸與雙氧水混合液作為消解液。通過實驗得出硝酸與雙氧水比例為8∶1 比較合適。0.5g 復雜樣本12ml 消解液能夠保證樣品完全消解。由于沉積物有機質含量高、背景復雜，同時考慮到安全和消解完全，因此采用程序升溫的方式。以相對偏差＜5%的平行試驗下確定的消解程序見表1。最終確定稱取0.2g 樣本加4ml 去離子水潤濕轉移至消解管中，加6ml 按8∶1 混合的硝酸和雙氧水并放置15min，按消解程序消解后放入除酸器進行趕酸至1ml 以下，然后移入100ml 容量瓶定溶，自然沉降5h 后取上清液上機檢測。上清液應為無色、灰白色或淡黃綠色透明液體［1，2］。

表1 消解程序

1.3 混合基體改進劑的選擇

石墨爐原子吸收光譜的主要干擾是基體干擾，消除基體干擾目前主要有三種方式，分別為向樣品中加入無機試劑、有機試劑和使用活性氣體［3］。使用活性氣體比較復雜、安全性差、要求高，且損耗石墨管，因此本實驗采用加入無機及有機試劑。為了在樣品中不引入其他離子或引入的離子本身不產生吸收干擾以及考慮到試劑的綜合特性(毒性、價格等)，選擇無機試劑為硝酸銨、硫酸銨，有機試劑為EDTA2Na、抗壞血酸，配置成5 種混合基體改進劑，分別為1# 不加基體改進;2# 硝酸銨1%+EDTA2Na1%;3# 硫酸銨1%+EDTA2Na 1%;4# 硝酸銨1%+抗壞血酸1%;5# 硫酸銨1%+抗壞血酸1%。加入方式為自動濕式加入，加入量為10μl，樣品量為10μl。結果顯示選用2#(硝酸銨1%+EDTA2Na1%)作為實驗混合基體改進劑對各監測項目的背景消除、干燥和灰化階段待測離子的穩定性、吸光度的增強等都比較理想。對確定集體改進劑的最佳濃度進行了正交試驗，濃度分別為0.5%、1.0%、1.5%、2.0%，結果顯示最佳濃度為硝酸銨1%+EDTA2Na1%。在此條件下的干燥、灰化、原子化圖見圖1。

圖1 中灰化階段有兩個峰，這是硝酸銨的加入促使揮發物質整體灰化形成的，且其峰值都在灰化的初始階段，可以提高基體的揮發性，減少在干燥和灰化過程中被測元素的損失。在原子化中，峰形對稱，背景較小，這是由于EDTA 的加入，其與金屬螯合，增加被測元素的穩定性，同時其含有豐富的碳元素，能在原子化階段保持強還原氣氛，從而提高靈敏度。

1.4 儀器條件

燈電流5mA，狹縫0.5mm，塞曼校正，干燥及灰化時氣體流量為0.2L/min，清洗時氣體流量為0.3L/min。由于儀器所在地海拔為1900m 左右，為了防止爆沸、溶液濺出，采用了干燥分兩個階段進行，其它參數見表2。

表2 儀器參數

1.5 檢出限

對空白樣品進行11 次平行測定，求出標準差，按三倍標準差計算檢出限銅(0.5μg/L)、鋅(0.1μg/L)、鉛(0.5μg/L)、鎘(0.3μg/L)。

1.6 線性范圍及工作曲線

銅的線性范圍為0～100μg/L;鋅的線性范圍為0～10μg/L;鉛的線性范圍為0～120μg/L;鎘的線性范圍為0～10μg/L。工作曲線相關參數見表3。

表3 工作曲線參數表

1.7 干擾

銅、鋅、鉛加入Ca、Mg、K、Na 的濃度分別為100mg/L 產生負干擾;鎘加入Ca、Mg、K、Na 的濃度分別為10 mg/L 產生負干擾;N、P 基本無干擾。

1.8 精密度和準確度

進行6 次平行測定及加標回收試驗，結果為:銅RSD 3.2%、回收率94.2%～104%;鋅RSD 3.4%～ 6.7%、回收率92.1%～ 105%;鉛RSD3.8%～5.9%、回收率93.8%～107%;鎘RSD 4.1%～6.7%、回收率94.5%～106%。

2 結論

采用本文建立的微波消解—基體改進劑石墨爐原子吸收法測定水體沉積物中的銅、鋅、鉛、鎘，具有良好的穩定性、重現性、靈敏度和準確度，可作為水體沉積中重金屬的實用監測方法。

［1］姜秋俚，孫鐵珩，張見昕，等.微波消解石墨爐原子吸收法測定土壤中的鉛和鎘［J］.環境保護科學，2010，(6).

［2］李秀麗，李達，李潔莎.微波消解-石墨爐原子吸收光譜法快速測定食品中鐵、鈉、銅、鉛、砷和鎘［J］.分析試驗室，2008，(S2).

［3］馮立順.石墨爐原子吸收光譜法測定金屬過程中常用基體改進劑效用分析［J］.福建分析測試，2007，16(3):46-48.