ICP發(fā)射光譜和原子吸收光譜法測定水系沉積物中金屬元素

楊春濤+馬俊+吉正元+李國文+李志林+張薇+王蓉

摘要：采用微波消解前處理技術(shù)、結(jié)合等離子體發(fā)射光譜（ICP-AES） 或石墨爐原子吸收光譜法對(duì)水系沉積物中Pb、Cd、Cu、Zn、Cr、Mn、Co、V、B、Ba、Be、Mo、Ti和Ni 14種重金屬元素的含量進(jìn)行了測定。以硝酸-雙氧水-氫氟酸混合酸溶解樣品，獲得了較為滿意的結(jié)果。各元素的方法檢出限在0.3～2.9 ng/g，沉積物樣中添加標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的回收率為89%～110%，精密度RSD<7%（n=6）。采用該方法對(duì)土壤標(biāo)準(zhǔn)樣品（GBW07304a）進(jìn)行驗(yàn)證，測定值均在保證值范圍內(nèi)。該方法樣品處理程序簡單快速、線性范圍寬、分析重現(xiàn)性好、結(jié)果準(zhǔn)確，適用于大批量水系沉積物樣品的分析。

關(guān)鍵詞：微波消解；電感耦合等離子體發(fā)射光譜法；石墨爐原子吸收光譜法；水系沉積物；重金屬元素

中圖分類號(hào)：O652.4

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-9944（2016）20-0104-03

1 引言

由于潛在的生物毒性和環(huán)境持久性，重金屬成為當(dāng)前環(huán)境科學(xué)研究熱點(diǎn)之一[1]。重金屬作為典型的累積性污染物，通過生物富集和生物放大作用對(duì)生態(tài)環(huán)境構(gòu)成潛在的威脅[2，3]。在地表水體中，重金屬會(huì)隨著地表徑流遷移、沉降，逐步轉(zhuǎn)移至沉積物中，并可能在一定環(huán)境條件下釋放到水體中，形成二次污染，造成環(huán)境危害和生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)[4，5]。水系沉積物中重金屬的含量分布作為水體環(huán)境評(píng)價(jià)中的一個(gè)重要指標(biāo)，可以反映所在流域常年的污染狀況、污染特征和潛在風(fēng)險(xiǎn)，也可追蹤可能的重金屬污染源，評(píng)價(jià)人為活動(dòng)對(duì)河流污染物的貢獻(xiàn)大小。因而研究與評(píng)價(jià)河流、湖泊沉積物中的重金屬含量具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義[6]。

目前，測定沉積物中重金屬元素的方法很多，除常規(guī)的化學(xué)分析法，如重量法、比色法、容量法、X射線熒光光譜法等多種方法外，電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法 （ICP-AES）逐漸成為實(shí)驗(yàn)室中不可缺少的常規(guī)分析手段及標(biāo)準(zhǔn)分析方法，已得到了廣泛的應(yīng)用，該方法具有靈敏度高、檢出限低、多元素檢測、線性范圍寬、低干擾水平等突出優(yōu)點(diǎn)[6，7]。石墨爐原子吸收光譜法具有靈敏度高、選擇性強(qiáng)、分析范圍廣、抗干擾能力強(qiáng)和精密度高等優(yōu)點(diǎn)。

是否能夠準(zhǔn)確測定沉積物樣品中的重金屬含量，消解是一個(gè)重要環(huán)節(jié)，消解方法有微波消解、電熱板加熱消解、電熔融和干式灰化等。其中微波消解樣品克服了傳統(tǒng)樣品處理方法的缺點(diǎn)，具有溶樣時(shí)間短、試劑用量少、交叉污染小、節(jié)能及節(jié)省化學(xué)試劑、易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)操作、同時(shí)可減少常規(guī)消解酸霧對(duì)環(huán)境的污染，避免易揮發(fā)痕量元素的損失等優(yōu)點(diǎn)，是一種革新的樣品前處理技術(shù)[8，9]。

選取玉溪市某水系沉積物實(shí)樣，采用微波消解法進(jìn)行前處理，使用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法（ICP-AES）和石墨爐原子吸收光譜法聯(lián)合測定Pb、Cd、Cu、Zn、Cr、Mn、Ni、Co、V、B、Ba、Be、Mo、Ti 14種金屬元素的含量，并對(duì)測定方法的精密度、檢出限及準(zhǔn)確度進(jìn)行了研究。

2 試驗(yàn)與方法

2.1 儀器與試劑

儀器：Optima 8300電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀（美國PE公司）；石墨爐原子吸收光譜儀（美國熱電公司）；高壓微波消解儀（奧地利安東帕公司）；優(yōu)普系超純水機(jī)（成都超純科技有限公司）；趕酸電熱消解器（美國萊伯泰科有限公司）。

試劑：硝酸（HNO3）、雙氧水（H2O2）、氫氟酸（HF）、高氯酸（HClO4）為優(yōu)級(jí)純；實(shí)驗(yàn)用水均為超純水（電阻率>18.25MΩ·CM）。

質(zhì)控樣品：土壤國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW07304a一份。

2.2 標(biāo)準(zhǔn)溶液配制

Pb、Cd分別配制為單標(biāo)溶液，其他元素配制成混合標(biāo)準(zhǔn)溶液系列，介質(zhì)為1%的硝酸溶液。各元素濃度見表1。

2.3 樣品處理

準(zhǔn)確稱取0.2 g（精確至0.0001 g）樣品，小心放入聚四氟乙烯消解內(nèi)罐中，用少量水潤濕，加入6 mL硝酸、2 mL雙氧水、2 mL氫氟酸，混勻，靜置，待溶液中沒有氣泡冒出時(shí)蓋好消解罐蓋子，旋緊外套，裝配好支架，放在樣品轉(zhuǎn)盤上（將溫度傳感器插入主控罐中，按表2設(shè)定升溫程序消解樣品）消解完成待自然冷卻，取出消解罐，在通風(fēng)櫥內(nèi)慢慢松開蓋子上的排氣螺帽，釋放罐內(nèi)氣體，用水沖洗蓋子，加入2 mL高氯酸，在趕酸儀上140 ℃加熱10 min、180 ℃加熱10 min、210 ℃加熱至近干，稍冷，加入15 mL去離子水，加熱，重復(fù)3次。轉(zhuǎn)移溶液至50 mL容量瓶中，用去離子水定容（同時(shí)做試劑空白），在選定的儀器工作條件下測定各元素含量。

3.1 儀器工作條件

ICP光譜儀，射頻功率1300 W，等離子氣流量15 L/min，輔助氣流0.2 L/min，霧化氣流量0.55 L/min，水平軸向15 mm觀測，試樣流量1.5 mL/min。

Pb、Cd、Cu、Zn、Cr、Mn、Ni、Co、V、B、Ba、Be、Mo、Ti測定波長分別為283.3、228.8、324.8、213.9、267.7、257.6、231.6、228.6、292.4、249.8、455.4、313.0、202.0、334.9。

3.2 標(biāo)準(zhǔn)曲線及檢出限

取配制好的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液系列，在儀器工作條件下進(jìn)行測定并繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。對(duì)1%HNO3空白溶液分別進(jìn)行11次連續(xù)測定，以定容體積100 mL，稱樣量0.2 g計(jì)，取其標(biāo)準(zhǔn)偏差的3倍作為各元素的檢出限，其線性回歸方程、相關(guān)系數(shù)及檢出限見表3。

3.3 法準(zhǔn)確度和精密度

按照所建立的實(shí)驗(yàn)方法對(duì)土壤標(biāo)準(zhǔn)樣品（GBW07304a）進(jìn)行溶樣并平行測定10次，分別進(jìn)行準(zhǔn)確度與精密度試驗(yàn)，結(jié)果見表4。由表4可知，本方法的測定結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)值基本一致，說明該方法測定結(jié)果準(zhǔn)確可靠。方法精密度（RSD，n=10）<10%。

3.4 實(shí)際水系沉積物樣品分析

利用建立的檢測方法對(duì)玉溪市某水系沉積物樣品進(jìn)行6次平行測定，同時(shí)進(jìn)行樣品的加標(biāo)試驗(yàn)，測定加標(biāo)回收率，以保證檢測的準(zhǔn)確性。從表5可以看出，各元素的RSD均<7%，加標(biāo)回收率在89%～110%，結(jié)果準(zhǔn)確可靠。

4 結(jié)語

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，選用HNO3-H2O2-HF體系微波消解水系沉積物是一種高效的樣品處理方法，建立的電感耦合等離子體光譜（ICP）和石墨爐原子吸收光譜法聯(lián)合測定14種金屬元素，其線性關(guān)系、準(zhǔn)確度、精密度、檢出限及回收率均滿足監(jiān)測分析要求，并且高效、快速，可用于大量樣品的多元素同時(shí)測定。用該方法對(duì)水系沉積物中金屬元素進(jìn)行測定，證明了本方法的可行性。

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