電感耦合等離子體發射光譜法同時測定集中式生活飲用水源中13種金屬元素試驗

夏 麗，何列勇，張艷梅，譚 東

(重慶永川區環境監測站, 重慶 永川 402165)

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電感耦合等離子體發射光譜法同時測定集中式生活飲用水源中13種金屬元素試驗

夏 麗，何列勇，張艷梅，譚 東

(重慶永川區環境監測站, 重慶 永川 402165)

摘要：利用美國PE公司生產的Optima 8300電感耦合等離子體發射光譜儀同時測定了集中式飲用水源中銅、鋅、鉛、鎘、鐵、錳、鉬、鈷、鈹、硼、鎳、釩、鋇等13種元素。試驗將水樣用0.45 μm濾膜抽濾，取中段濾液100 mL，加濃硝酸0.2 mL。ICP采用軸向觀測方式，同時采用石英同心霧化器加石英旋流霧化室，直接分析樣品，減少背景干擾和其它元素干擾，提高了分析的靈敏度。結果表明：線性范圍好，各元素相關系數均≥0.9995；靈敏性好，方法檢出限為0.3～30 μg/L；重現性好，各元素的相對標準偏差(RSD)為0.22 %～3.89 %；準確度高，樣品加標回收率為95.0 %～104.0 %，并對標樣進行了測定，數值均在允許范圍內。該方法可多元素測定，操作簡便、快速靈敏、線性范圍寬、檢出限低、結果準確可靠，能夠滿足集中式飲用水源水的測定要求。

關鍵詞：電感耦合等離子發射光譜儀；集中式飲用水源；金屬元素

1引言

為保障城鄉居民生活飲用水安全，保障人民群眾身體健康，我國2006年頒布實施的生活飲用水標準檢驗方法金屬指標(GB/T 5750.6-2006)中[1]，測定飲用水源水中金屬元素達到27種。在全國集中式生活飲用水水源地水質監測實施方案中，加強了集中式飲用水水源地水質監測與監管，按《地表水環境質量標準》(GB3838-2002)表1的基本項目(23項，化學需氧量除外)、表2的補充項目(5項)和表3的優選特定項目，共61項，每季度進行1次監測，其中金屬元素的測定占了很大比重。因此，快速準確地測定集中式飲用水水源地水質中的金屬元素含量，對居民生活飲用水安全提供了極其重要的安全保障。

利用新購置的美國Perkin-Elmer公司Optima 8300電感耦合等離子發射光譜儀，采用軸向觀測方式，建立了水中13種金屬元素方法，多元素同時測定，操作簡便、快速靈敏、線性范圍寬、檢出限低、準確度高,在環境監測研究領域廣泛應用[2-5]。

2材料與方法

2.1主要儀器

ICP光譜儀：美國Perkin-Elmer公司Optima 8300電感耦合等離子發射光譜儀，石英同心霧化器加石英旋流霧化室，具有軸向和徑向2種觀測方式，動態波長矯正。

2.2主要試劑和標準曲線

主要試劑：硝酸GR，國藥集團化學試劑有限公司

超純水：電阻率18.5MΩ·cm

氬氣：高純級鋼瓶氣，純度99.99 %

多元素標準溶液：ICP分析用GNM-M06099-2013Cu、Zn、Pb、Cd、Ni，標準值100 mg/L，購于國家有色金屬及電子材料分析測試中心；Mo、Co、Be、B、V、Ba等元素標準值100 mg/L，購置于ULTRA測試中心；Fe、Mn標準值500 mg/L，購置于國家標準物質中心。臨用前用1 %硝酸逐級稀釋。直接分取標準儲備溶液配置多元素混合標準使用溶液，將混合標樣逐級稀釋成一系列標準工作溶液，濃度分別為0.05 mg/L、0.1 mg/L、0.2 mg/L、0.4 mg/L、0.8 mg/L、1.0 mg/L、1.5 mg/L。

2.3儀器分析條件

經過多次試驗，優選儀器最佳工作參數：射頻功率最佳為1300 W，等離子體流量為15.0 L/min，輔助氣流量為0.20 L/min，霧化器流量為0.55 L/min，試樣流量為1.50 L/min，沖洗時間10 s，讀數延遲時間35 s，重復測定2次，觀測方式為軸向觀測。

2.4樣品處理和測定分析

采集永川城區孫家口水庫、水廠取水點、上游水庫3個集中式飲用水源水樣，樣品采集后用0.45 μm濾膜抽濾，取中段濾液100 mL，加濃硝酸0.2 mL，用標準曲線計算樣品含量，同時測定標準樣品。

3結果與討論

3.1射頻功率的優化

射頻功率的大小直接影響等離子體的溫度以及離子化的程度，從而改變靈敏度和精確度。Optima 8300電感耦合等離子發射光譜儀采用的是自激式固態射頻發生器，固態振蕩器產生的射頻功率將矩管中的氬氣電離形成等離子體，激發樣品釋放出特征輻射，從而可以推導出樣品中元素的種類和含量。射頻發生器輸出的功率范圍為750～1500 W，當其它條件不變，改變射頻功率750 W、900 W、1100 W、1300 W、1500 W，實驗表明，提高功率可以增加信號值，但背景值也增加，試驗選擇了射頻功率在1300 W時，等離子體最穩定，能量傳輸的效率最好。

3.2觀測方式的選擇

Optima 8300電感耦合等離子發射光譜儀具有軸向和徑向雙向觀測模式，軸向觀測是沿等離子軸向發出的光進入光譜儀的光學系統中，靈敏度較高，檢出限低，適用于濃度較低的樣品[6]；徑向觀測是從等離子體側面發出的光穿過矩管狹縫并傳入光譜儀的光學系統中，定量準確，適用于濃度較高樣品的測定。該次測定集中式飲用水源水質的重金屬含量極低，因此，采用軸向觀測方式。

3.3分析譜線的確定

電感耦合等離子發射光譜儀對每個元素的測定都可以同時選擇多條分析譜線，且同時具有同步背景校正功能。實驗從儀器分析軟件中同時選取各元素的靈敏線及次靈敏線2-3條進行測定，以其干擾最少、檢出限低、相對靈敏度高、信噪比小、線性最好的譜線作為分析譜線。Cu327.393 nm、Zn206.200 nm、Pb220.353 nm、Cd228.802 nm、Ni231.604 nm、Mo202.031 nm、Co228.616 nm、Be313.107 nm、B249.677 nm、V290.880 nm、Ba233.527 nm、Fe238.204 nm、Mn257.610 nm。

3.4檢出限的測定

在標準曲線范圍內各元素呈良好的線性關系，相關系數介于0.9995-0.9999之間。取10次平行測定空白溶液的結果，按空白溶液標準偏差的3倍計算出各元素的檢出限。由表1可知，儀器靈敏度較高，每種元素的檢出限均低于《地表水環境質量標準》(GB3838-2002)標準限值，滿足測試要求。

表1　各元素的檢出限　μg/L

3.5精密度與回收率

采取上游水庫斷面水樣，在測定實際樣品基礎上作標準加入回收實驗，原樣和加標水樣重復測定6次。計算各元素的均值、加標回收率和相對標準偏差。

由表2可知，樣品加標回收率為95.0 %～104.0 %，各元素的相對標準偏差(RSD)為0.22 %～3.89 %。

3.6標樣測定

在測定3個集中式飲用水源樣品基礎上，同時測定了環境保護部標準樣品研究所的國家環境標準樣品。按照證書上步驟用10 mL干燥潔凈移液管從安瓿瓶中準確量取10 mL標準樣品用1 %硝酸定容到250 mL容量瓶中，然后上機測定。結果表明，測定結果均在標準值范圍內，結果準確度高(表3)。

3.7樣品分析

按照設定的實驗方法步驟，測定了永川城區孫家口水庫、水廠取水點、上游水庫3個集中式飲用水源水質，同時用標準樣品做質量控制，對結果進行了評價。評價標準參考《地表水環境質量標準》(GB3838-2002)表1的基本項目(23項，化學需氧量除外)、表2的補充項目(5項)和表3的優選特定項目。結果表明：3個集中式飲用水源水質除Ba、B外，其它指標都低于生活飲用水標準檢驗方法金屬指標(GB/T 5750.6-2006)方法檢出限，更符合《地表水環境質量標準》(GB3838-2002)中各項標準。

表2　精密度與回收率

表3標準樣品分析結果

批號元素標準值/(mg/L)測定值/(mg/L)201123Cu0.509±0.0310.512201324Zn0.744±0.0330.756201229Pb0.118±0.0080.115201423Cd0.087±0.00510.092201515Ni0.511±0.0310.514203806Mo0.0709±0.00640.07093203607Co0.0856±0.00420.08409204605Be0.0172±0.00150.01621206803B1.20±0.081.18203506V0.233±0.0110.243204306Ba0.900±0.0460.939202421Fe0.292±0.0240.309202521Mn0.402±0.0150.412

4結論

通過實驗可知，該方法可多元素測定，操作簡便，快速靈敏，線性范圍寬，檢出限低，結果準確可靠，能夠滿足集中式飲用水源水的測定要求。

參考文獻：

[1]中華人民共和國衛生部,中國國家標準化管理委員會.生活飲用水標準檢驗方法金屬指標：GB/T5750.6-2006[S].北京:中國標準出版社,2006.

[2]MANDIWANA K L.Physical interferences by mineral acids in ICP-OES [J].Journal of Analytical Atomic Sepctrometry, 2000,15(10):1405.

[3]溫新欣,王昱政.電感耦合等離子發射光譜法同時測定水中7種金屬元素[J].預防醫學論壇,2014,20(7):516～521.

[4]國家環境保護總局,水和廢水監測分析方法編委會.水和廢水監測分析方法[M].4版增補版.北京:中國環境科學出版社,2002.

[5]紀桂芬,趙小晨.ICP-AES法測定生活用水中鉛、鋇、鉬等八種微量元素[J].現代科學儀器,2000(6):34～35.

[6]形培志,高舸.全譜直讀電感耦合等離子體發射光譜法同時測定飲用水中多種元素[J].中國衛生檢驗雜志,2014,24(3):319～323.

Simultaneous Determination of 13 Kinds of Metal Elements in Centralized Drinking Water Sources by Inductively Coupled Plasma Emission Spectrometry

Xia Li，He Lieyong，Zhang Yanmei，Tan Dong

(ChongqingYongchuanDistrictEnvironmentalMonitoringStation,YongchuanChongqing402165)

Abstract:Objective We utilized the optima 8300series company PE inductively coupled plasma emission spectrometry for the simultaneous determination of copper,zinc,lead,cadmium,iron,manganese,molydenum,cobalt,beryllium,boron,nickel,vanadium andbarium in centralized drinking water. Method We filteredwater samples with 0.45-micron filter membrane,interrupted100mLfrom the filtrate and added 0.2mL of nitric acid.The quartz concentric nebulizer was used in combination with quartz cyclone spray chamber,the axial observation mode, to analyze samples directlyand to reduce the interference of background and other elements, whichincreased the sensitivity of analysis. Results It had good linear range, with all linear correlation coefficient ≥0.9995 ; good sensitivity, with method detection limit of 0.3-30 ug L - 1; good reproducibility, and the relative standard deviation (RSD) of each element was 0.22% - 3.89%; high accuracy, whichthe sample standard addition recovery was 95.0% - 95.0%.And when the standard samples were measured, values were within in allowable range. Conclusion This method could be used for simultaneous determination of multiple elements ,whichwas convenient , fast and sensitive, with wide linear range and low detection limit.The results were accurate and reliable, able to meet the requirements of the determination of the water of Centralized drinking water sources.

Key words:inductively coupled plasma emission spectrometer; centralized drinking water sources; metal elements

收稿日期：2016-04-18

作者簡介：夏麗(1985—)，女，工程師，碩士，主要從事環境保護工作。

中圖分類號：TN23

文獻標識碼：A

文章編號：1674-9944(2016)10-0018-03