電感耦合等離子體質譜法對含氣天然礦泉水中鉻元素的測定研究

楊雪(黑龍江省地質礦產測試應用研究所，黑龍江哈爾濱150010)

電感耦合等離子體質譜法對含氣天然礦泉水中鉻元素的測定研究

楊雪(黑龍江省地質礦產測試應用研究所，黑龍江哈爾濱150010)

本文研究了電感耦合等離子體質譜法對含氣天然礦泉水中鉻元素的測定，希望能夠為相關的研究者提供一定的參考依據。

電感耦合；離子體質譜法；含氣天然礦泉水；鉻元素

含氣天然礦泉水有濃度較高的CO2和HCO3-在其中，用電感耦合等離子體光譜測定Cr的濃度時，濃度較低。而測定時使用到電感耦合等離子體質譜，又易產生40Ar12C多原子離子，從而干擾到52Cr的測定，這樣電感耦合等離子體質譜就無法有效地對礦泉水當中Cr元素進行測定。本文將水樣煮沸加熱兩分鐘之后，將其晾至室溫，并將硝酸加入到其中調節到5%的水樣酸度，促使H+同HCO3-進行反應，并使其迅速地將生成的CO2產物釋放出來，從而將40Ar12C對52Cr形成的質譜干擾消除，繼而讓電感耦合等離子體質譜更準確且直接地對Cr的含量進行測定。這一方法既實用又簡單，準確度以及精確度能夠使天然礦泉水的測試要求和分析要求得以滿足，同時，使用這一方法還可對一些痕量元素進行測定，包括鉛和銅以及鋅等元素。

1 概述鉻

生物體所必須的一種微量元素即鉻，一般以兩種狀態存在于環境當中，包括六價鉻和三價鉻。人體需要的一種微量生理的活性元素即三價鉻，其對于人體健康的作用極其重大，但三價鉻有較高的化合物濃度，有一定的毒性。當三價鉻的濃度為1mg／L時，會顯著的增加水的濁度。而六價鉻是一種強氧化劑，極易腐蝕以及刺激黏膜以及皮膚，可視為致癌物。當六價鉻的濃度為1mg／L時，水為淡黃色且伴有澀味，六價鉻的毒性是三價鉻的一百倍，但因六價鉻極不穩定，在pH值正常的飲用水當中可實現三價鉻的轉化。國家飲用水相關的標準明確規定，鉻的含量應比0.01mg／L低。所以十分有必要分析鉻的測定水樣方法。

當前測定水樣Cr有幾種方法，包括離子色譜法和火焰原子吸收光譜法等等，這幾種方法有較為繁瑣的流程，且有著較高的檢出限。由于電感耦合等離子體質譜法隨著時代的發展而發展，許多的樣品在分析以及測定時開始借助這一儀器。但在具體的測定時，還會產生較多的干擾，包括雙電荷例子干擾和多原子離子干擾以及同質異位素的干擾，對基體樣品的精確測定和分析產生了極其嚴重的影響，而其中最為嚴重的一種干擾類型即多原子離子干擾。比方說，在分析濃度較高的CO2和HCO3-時水樣時，使用電感耦合等離子體質譜測定，所產生的多原子離子會干擾到Cr元素的測定，因此要想更有效地測定Cr元素，就得將干擾消除，一般會對色譜自動分離富集以及沉淀過濾分離基體的方法進行采用。但由于這兩種方法有著極其繁瑣的處理流程，而且會引起環境問題，所以不予提倡。本文提出了一種煮沸和加熱含氣天然礦泉水，晾至室溫室溫之后，將硝酸加入其中，通過酸化逸出濃度高的CO2和HCO3-，從而將40Ar12C對52Cr的干擾消除，繼而讓電感耦合等離子體質譜更準確且直接測定Cr的含量的方法[1]。

2 實驗部分

（1）儀器

美國公司所生產的電感耦合等離子體質譜儀。

(2)標準溶液

Pb、Cd、Ni、As、Cu、Cr標準溶液，稀釋1.00mg/mL直到20ng/mL。內標Re、Rh混合溶液為10μg/L，5%硝酸為介質，還應準備高純水以及硝酸[2]。

(3)水樣前的電感耦合等離子體質譜測定

選取兩組含氣天然礦泉水的水樣，將硝酸加入到其中，分別為5%和2%的水樣酸度。樣品幾大成分發生以下反應：

基于以上反應，將加入的酸量確定下來，并煮沸和加熱樣品，從而將H+同HCO3-的干擾消除，以下就是操作的步驟。

第一組為原水。應用電感耦合等離子體質直接測定水樣；將硝酸加入到水樣當中，調制酸度為5%，應用電感耦合等離子體質測定；將硝酸加入到水樣當中，調制酸度為2%，應用電感耦合等離子體質測定。第二組原水煮沸加熱。應用電感耦合等離子體質直接測定水樣；將硝酸加入到水樣當中，調制酸度為5%，應用電感耦合等離子體質測定；將硝酸加入到水樣當中，調制酸度為2%，應用電感耦合等離子體質測定，與此同時對5%酸度的硝酸樣品空白進行測定[3]。

3 討論

含氣天然礦泉水當中不僅有較多的CO2和HCO3-，水樣中還有一些其他成分，包括Ca2+:342mg·L-1、Cl-:33.7mg·L-1、K+:6.32mg·L-1、Mg2+:94.5mg·L-1、Na+:102mg·L-1等等。在實際的感耦合等離子體質譜分析時，我們發現40Ar12C對會對Cr形成質譜干擾，從而不能準確測量Cr，為了消除干擾，本文進行了水樣處理[4]。

(1)Cr含量受樣品放置時間的影響

因水樣當中的CO2和HCO3-不穩定，當放置的時間越長時，Cr的含量就會逐步地降低，而這樣Cr就不會受到40Ar12C太大的影響，更利于精確的測量Cr[5]。

(2)濃度不同的硝酸加入到原水樣中不同放置時間給Cr的影響

將硝酸加入到水樣當中，會有HCO3-+H+=H2O+CO2↑反應產生，在水中的CO2極不穩定。實踐可知，原水樣沒有加入硝酸，隨著時間變化，Cr含量會慢慢降低。而將硝酸加入其中，讓酸度分別為5%和2%，隨著放置時間變化，Cr含量會迅速的降低，從而快速的降低CO2和HCO3-的含量，降低40Ar12C帶給Cr的干擾[6]。

(3)煮沸水樣并將硝酸加入其中給Cr測定帶來的影響

根據第二組處理水樣的方法，煮沸水樣之后晾至到室溫，將濃度不同的硝酸加入到其中，放置不一樣時間，分析給Cr測定帶來的影響。煮沸水樣之后，將濃度不同的硝酸加入到其中，會有以下反應產生：

CO2在水中極其不穩定，HCO3-含量以極快的速度降低。通過實驗可知，加熱和煮沸水樣之后將硝酸加入到其中，會快速的釋放出大量的CO2，降低Cr含量。放置一個小時之后Cr的濃度大約是2ng/mL，放置兩個小時之后，Cr的濃度仍然是2ng/mL。這可看出，一個小時之后Cr的濃度只會發生極小幅度的變化。對5%和2%濃度的硝酸進行采用，隨著時間的變化Cr的含量同樣保持一致的趨勢。而煮沸加熱之后，隨著時間變化，沒有加入硝酸的原水樣當中元素Cr變化仍極其緩慢。從這可看出，煮沸樣品并且將硝酸加入到其中，更可有效地降低CO2和HCO3-含量，從而消除40Ar12C帶給Cr的干擾。由于5%硝酸為電感耦合等離子體質譜側定的內標介質，因此實驗樣品檢測酸度為5%硝酸[7]。

(4)方法檢出限

以空白溶液連續地側定，對標準偏差進行計算，用10倍標準偏差計算元素Cr元素方法檢出限為0.23ng／mL。

(5)加標回收率

煮沸水樣之后，晾至到室溫，將5%硝酸加入到其中，放置時間為一小時，準備三份20mL的溶液，對Cr含量進行側定。實驗得出，加標回收率保持在92.3%-93.7%間[8]。

4 結語

通過把含氣天然礦泉水的水樣煮沸加熱兩分鐘，并將其晾至室溫，之后再把硝酸加入到其中調節到5%的水樣酸度。實驗結果證明，這樣的方式能夠有效將40Ar12C對Cr形成的質譜干擾消除，從而讓電感耦合等離子體質譜更直接地對Cr的含量進行分析和測量。

[1]彌海鵬,朱宏明,李根容等.微波消解ICP-MS測定鋁塑包裝材料中的Pb,Cr,Cd和As含量[J].光譜學與光譜分析,2017,37(2):646-650.

[2]李力,吳志英,朱風鵬等.密閉微波消解-電感耦合等離子體質譜法測定煙用香精中多種微量元素[J].光譜學與光譜分析,2010,30(12):3413-3416.

[3]任婷,趙麗嬌,曹珺等.高分辨連續光源石墨爐原子吸收光譜法測定食品中鉛、鎘和鉻含量[J].光譜學與光譜分析,2012,32(9):2566-2571.

[4]陳滿花,于丹,黃田河等.ICP-AES法測定鎳鉻烤瓷合金中多元素的初步研究[J].口腔材料器械雜志,2013,22(4):193-195.

[5]龐晉山,鄧愛華,陳進等.磁性納米粒子富集-電感耦合等離子體發射光譜法測定食具中鉻、鎳、鎘、鉛、砷的遷移量[J].分析化學,2011,39(9):1363-1367.

[6]馮鳳,亓蕾,陶曦東等.ICP-AES法測定鉻鎳不銹鋼中錳、鉻、鎳、硅、磷、銅、鉬的含量[J].化學分析計量,2016,25(6):84-87.

[7]周聰,趙敏,袁宏球等.水果、蔬菜及耕地土壤鉛、鎘、鉻檢測質量控制關鍵技術研究與應用[J].中國科技成果,2017,18(5):70,80.

[8]張園,劉海波.基體分離-電感耦合等離子體原子發射光譜法測定金屬鉻中6種雜質元素[J].理化檢驗-化學分冊,2016,52(12):1432-1434.