原子吸收光譜法在飲用水中重金屬測量中的應用研究

□ 張培養 莫開筍 戴英梅 黃見興 黃春燕 程玉玲 陽江市陽東區疾病預防控制中心

隨著經濟的發展，環境污染日益嚴重，我國對環境監測也越來越重視。飲水衛生關系到人民的健康，為了解水質及經水傳播疾病的動態變化，保證水質衛生安全，需要對飲用水進行衛生檢測。銅、鋅、鉛、鎘等重金屬對環境以及人體健康具有較大的危害，因此，水中銅、鋅、鉛與鎘的測定是水質監測的重點對象。原子吸收光譜法最早見于20世紀中葉，其主要通過原子蒸汽在不同元素中的譜線吸收反應實現待測元素的定量分析[1]。火焰原子吸收法應用廣，多實踐于易原子化的元素檢測中，因其檢測效率高、分析成本較低且重現性良好，對絕大多數元素均具有較高的檢測極限和靈敏度等優點，而水中銅、鋅鉛鎘含量較低，不宜直接測量，一般采取各種措施來提高靈敏度、降低檢測限[2]。本實驗研究建立了飲用水中低濃度銅、鋅鉛鎘測定的火焰原子吸收光譜法，通過對本地區水樣的檢測調查，及時掌握飲用水中重金屬的含量狀態，取得了很好的效果。

1 材料與方法

1.1 主要儀器

電熱板；AA 240FS安捷倫原子吸收光譜儀及相應輔助設備，由安捷倫儀器有限公司提供。

主要試劑：硝酸、高氯酸、氯化鎂、氫氧化鈉（均為優級純）；1 000 mg/L銅標準溶液、500 mg/L鋅標準溶液、100 mg/L鎘標準溶液、100 mg/L鉛標準溶液，均由環境保護部標準樣品研究所提供。

樣品：按《生活飲用水標準檢驗方法》（GB5749-2006）進行水樣采集、儲藏、運送。

1.2 銅、鋅測定方法

1.2.1 樣品的預處理

取水樣100 mL，置于200 mL燒杯中，加入5 mL硝酸，用電熱板加熱消解，蒸至10 mL，再加入5 mL硝酸及2 mL高氯酸，混勻，繼續消解蒸至1 mL。若消解不徹底，應再加入5 mL硝酸與2 mL高氯酸，繼續消解，蒸至1 mL。停止加熱，靜置冷卻，加入少量水將殘渣溶解，置至25 mL容量瓶中，定容。制作空白樣：取1%硝酸溶液，按上述的步驟操作。

1.2.2 校準曲線的配制

取5.00 mL銅標準溶液與2.00 mL鋅標準溶液，加入至100 mL容量瓶內，使用1%硝酸溶液定容，配制成標準溶液，其中銅含量為50.0 mg/L、鋅含量為10.0 mg/L。取混合標準溶液0、0.20、0.50、1.00、2.00、3.00、4.00 mL與5.00 mL，分別加入至100 mL容量瓶內，用1%硝酸溶液定容，配制成標準系列溶液，其中銅濃度分別是 0、0.10、0.25、0.50、1.00、1.50、2.00 mg/L和2.50 mg/L，鋅濃度分別是 0、0.02、0.05、0.10、0.20、0.30、0.40 mg/L和 0.50 mg/L。

1.2.3 樣品測定

選適當的分析線、調節火焰，調零，分別吸入標準溶液、樣品空白、水樣，測量吸光度，由標準曲線計算出的濃度值除以濃縮系數4即得水樣中重金屬的濃度值。

1.3 鉛、鎘測定方法

1.3.1 樣品的預處理

取250 mL水樣加入燒杯中，緩緩加入2 mL濃度為100 g/L的氯化鎂溶液，再加入2 mL濃度為200 g/L的氫氧化鈉溶液，攪拌均勻后，繼續攪拌1 min。常溫下靜置2 h左右，使沉淀下沉至液下25 mL以下，去除上清液，余下液體大約20 mL，再加入1mL（1+1）的硝酸溶液，消解沉淀，將反應后的液體轉移至25 mL容量瓶內，加入純水定容，搖勻。制作空白樣：取0.15%硝酸溶液，按上述的程序進行操作。

1.3.2 校準曲線的配制

取5.00 mL鉛標準溶液、1.00 mL鎘標準溶液加入至100 mL容量瓶內，用濃度0.15%的硝酸溶液定容，配制混合標準溶液，其中鉛含量為5.0 mg/L、鎘含量為1.0 mg/L。再分別取此混合溶 液 0、1.00、2.00、3.00、4.00 mL與5.00 mL，加入250 mL容量瓶中，加純水定容。以下的操作按1.3.1進行。

1.3.3 樣品測定

選適當的分析線、調節火焰，調零，分別吸入標準溶液、樣品空白、水樣，由標準曲線計算出的濃度值除以濃縮系數10即得水樣中重金屬的濃度值。

2 結果與討論

2.1 儀器工作條件優化

選擇合適的儀器工作條件，對于保證測定結果的準確度和精密度是非常重要的。波長的選擇要兼顧測定靈敏度、精密度、校正曲線的動態范圍、受其他譜線干擾的可能性等，通常選擇元素的共振線作為波長。狹縫的選擇，一般通過調節狹縫寬度改變光譜通帶，以減少譜線重疊，通常在0.4～4.0 nm內，以增加光強，降低檢出限。燈電流的選擇，應考慮輻射光源輸出強度、放電的穩定性及燈的使用壽命，在保持光源穩定且有足夠光輸出的情況下，盡量選用較低的工作電流，通常選用最大電流的1/2～2/3為工作電流，空心陰極燈使用前一般需預熱10～30 min。燃氣與助燃氣的流量、比例選擇，根據待測元素的電離度、干擾情況，通過實驗確定。因此，儀器最佳工作條件如下：銅鋅鉛鎘波長分別為324.8、213.9、283.3 nm與228.8 nm；燈電流分別為2.0、3.0、10.0 mA和8.0 mA；狹縫寬度均為0.2 nm；乙炔流量均為2.0 L/min。

2.2 實驗操作的影響

采用合理的操作可有效提高測量的準確度，在銅、鋅消解過程中，因防止水樣沸騰，且不可蒸干水樣，若水樣沸騰容易導致測量值偏低；酸堿度會影響鉛、鎘的測量準確度，若水樣因加酸而保存pH值偏低，需加氨水提高pH值到達中性，再進行測量；測量時，把樣品溶液濃度調節至接近標準曲線中間值，可有效提高測量準確度。

2.3 標準曲線、方法的精密度、檢出限與加標回收率

按1.2.2、1.3.2中的方法配制銅、鋅、鉛、鎘標準系列溶液，測出對應的吸光度，用最小二乘法計算出回歸方程及相關系數；用同一水樣按設計檢測方法進行精密度試驗，以6次測量值分別計算銅、鋅、鉛、鎘元素的方法精密度，并以相對標準偏差RSD表示；用一級純水作空白樣品，按設計檢測方法進行樣品前處理，測定吸光度20次，根據公式（1）計算檢出限。

式（1）中：DL—檢出限，μg/L，Sb—空白值測量20次的標準偏差，b—方法的靈敏度（標準曲線的斜率）。

取2份同一水樣，一份加標，另一份不加標，平行檢測3次取平均值，計算加標回收率，見表1。

2.4 應用檢測

在陽東區11個鄉鎮，根據飲水習慣采集自來水和井水共400份，按本檢測方法進行銅、鋅、鉛與鎘重金屬的含量分析。4種重金屬的濃度分布情況見表2。

表1 標準曲線、方法的精密度、檢出限與加標回收率

表2 陽東區飲用水中重金屬濃度統計表（單位：μg/L）

從結果上看，陽東區飲用水的4種重金屬含量，銅、鋅、鉛和鎘的最高濃度分別為：250、280、4.7μg/L和2.4 μg/L，平均值分別為：82.3、98.6、4.7 μg/L 與 1.5 μg/L。按《生活飲用水衛生標準》GB 5749-2006評價，重金屬濃度均小于限值要求，合格率為100%。但是，銅、鋅、鉛和鎘濃度較高的水樣集中在東城、北慣、合山等工業鎮，說明了工業區的水質受到了一定程度的重金屬污染，因此在工業區必須加強水質監測，采取有效措施，以控制重金屬對水環境的污染。

3 小結

結果表明，該檢測方法合理、可靠。銅、鋅、鉛和鎘含量在選定濃度范圍內具有良好的線性關系，相關系數r＞0.999，加標回收率在94.7%～101.5%，符合準確度的要求，檢出限也符合檢測要求。當水中含0.75 μg/L以上的銅，0.25 μg/L以上的鋅時，經濃縮富集4倍后，即可檢出；1 μg/L以上的鉛，0.2 μg/L以上的鎘，經濃縮富集10倍后，即可檢出，本法在低濃度檢測方面比國家標準方法更有優勢，同時操作較為簡單、經濟，有較好的應用前景。