水中重金屬測定中原子吸收分光光度計的應用

劉文水

（廣東源創檢測技術有限公司，廣東 廣州 511300）

水是生命的源泉，是生物生存的必要條件之一。水質量的優劣對生物的生存及發展具有直接影響。在現階段，快速發展的社會經濟加劇了環境污染問題，尤其是對水環境造成的污染更加嚴重，水體環境中重金屬含量超標的問題屢見不鮮。在這些重金屬污染中，鎘會毒害人體的肝臟、腎臟；鉛會降低人體蛋白酶的含量，從而造成人體免疫系統失調的問題，甚至也會毒害人體的腎臟；銅會抑制人體內細胞酶的活性，一旦人體攝入的銅過多就會出現銅中毒的情況；而如果鋅的攝入超標，且在人體內的蓄積量一旦過多，就會導致人們出現發熱、惡心、吐瀉等癥狀，甚至會引起急性腎功能衰竭。因此，需要對水中重金屬的含量進行測定。在測定水中的重金屬含量時，經常使用原子吸收光譜法，該方法具有速度快、準確度高等特點，與測定微量元素的要求相符合。所以，本文以水樣中鎘、鉛、銅、鋅為對象，引入原子吸收分光光度計展開測定，通過火焰原子吸收光譜法的應用對銅、鋅進行測定，并結合石墨爐原子吸收光譜法對鎘、鉛展開測定。根據試驗結果得知，采取該方法測定水中重金屬時，具有較好的精密度和重現性，且能夠獲得較高的回收率，整體應用效果顯著，值得推廣應用。

1 材料與方法

1.1 儀器與試劑

儀器：火焰原子吸收分光光度計；石墨爐原子吸收分光光度計；Cu、Zn、Pb、Cd及空心陰極燈；控溫電熱板。

試劑：優級純硝酸，優級純高氯酸；標準儲備液：1000 μg/mL的Cd、Pb、Cu、Zn。

1.2 儀器工作條件

本試驗中，儀器工作條件均為：Cu、Zn、Pb、Cd的波長依次為324.7 nm、213.9 nm、279.5 nm、228.8 nm，燈電流依次為3.0 mA、2.0 mA、2.0 mA、3.0 mA；燃燒頭高度依次為7.0 mm、7.0 mm、7.0 mm、6.0 mm；光譜通帶依次為0.7 mm、0.7 mm、0.7 mm、0.2 mm；流量依次為1.8 L/min、2.0 L/ min、2.0 L/ min、1.5 L/min；壓力均為0.09 MPa；空氣流量均為15 L/ min。

1.3 實驗方法

1.3.1 配制標準溶液

配制Cu、Zn標準溶液：引入逐級稀釋方法，用1000 μg/ mL的Cu和Zn標準溶液，配制Cu和Zn標準曲線，曲線中質量濃度分別含0.00 mg/L、0.10 mg/L、0.25 mg/L、0.50 mg/ L、1.00 mg/L的Cu與0.00 mg/L、0.02 mg/L、0.05 mg/L、0.10 mg/L、0.20 mg/L的Zn。

配制Pb標準溶液：引入逐級稀釋方法，用1000 μg/mL的Pb標準儲備液進行20 μg/L的Pb標準溶液的配制。

配制Cd標準溶液：引入逐級稀釋方法，用1000 μg/mL的Cd標準儲備液進行1 μg/L的Cd標準溶液的配制。

1.3.2 水樣樣品保存與預處理

提前用洗滌劑洗滌聚乙烯樣品瓶（1000 mL），并用清水清洗，接下來浸泡在1：5的硝酸溶液內，持續浸泡48 h以上，最后選擇超純水沖洗，置于自然環境中晾干。采集的環境水樣品用備好的聚乙烯樣品瓶裝置，待用。

在處理樣品時，需以具體的樣品為對象選擇適宜的方式展開處理，具體為：水樣如果為透明或不存在沉淀，可直接放入儀器內開始測定；水樣中若有泥沙存在，需維持適當的沉淀時間，吸取上部清液并消解離心沉淀；需完全消解樣品中的固體物，避免霧化氣內進入微小顆粒；樣品若為油性，應采取浸提法消解，以免撞擊球上粘連油脂導致霧化效果受影響或毛細管被堵塞[1]。采集完水樣后，引入硝酸法消化處理樣品，每1000 mL水樣添加10 mL硝酸，充分搖勻。經硝酸化處理后存儲，確保水樣溶液的pH值保持穩定。測定完樣品后，可采取熱水進樣的方式將霧化氣內的油脂徹底清除。

1.3.3 試樣制備

分別取處理后的水樣50 mL移至250 mL的錐形瓶內，加入5 mL硝酸后，移至控溫電熱板蒸至10 mL左右，再加入5 mL硝酸和2 mL高氯酸，繼續加熱至1 mL左右取下，待溫度冷卻至室溫后，向50 mL容量瓶轉移，添加純水定容至刻度線。

1.4 試樣測定

選擇石墨爐原子吸收分光光度法測定Pb、Cd樣品，用儀器自帶的自動稀釋功能處理20 μg/L的Pb標準溶液，獲取分別為0.00 μg/L、2.50 μg/L、5.00 μg/L、10.0 μg/L、20.0 μg/L濃度的標準曲線系列，以同樣的方法處理1 μg/L的Cd標準溶液，獲取分別為0.00 μg/L、0.25 μg/L、0.50 μg/L、0.75 μg/ L、1.0 μg/L濃度的標準曲線系列[2]。用原子吸收法測定標準溶液，獲取各自波長下的吸光度，完成標準曲線的繪制[3]。同時，測定樣品和空白值，通過線性方程的代入展開計算，從而完成水樣濃度值的計算。

選擇火焰原子吸收分光光度法測定Cu和Zn，用原子吸收法測定標準溶液，獲取各自波長下的吸光度，完成標準曲線的繪制。同時，測定樣品和空白值，通過線性方程的代入展開計算，從而完成水樣濃度值的計算。

2 結果與分析

2.1 標準曲線

表1呈現了四種標準溶液測定后的標準曲線結果及線性關系。

表1 標準曲線測定結果及線性關系

2.2 方法精密度

表2為石墨爐原子吸收光譜法精密度測定結果，表3為火焰原子吸收光譜法精密度測定結果。根據表2、表3數據不難發現，Pb、Cd及Cu與Zn混合樣品的變異系數均處于2.5%以下，表明該方法具備較好的精密度和重現性。

表2 石墨爐原子吸收光譜法精密度測定結果

表3 火焰原子吸收光譜法精密度測定結果

2.3 加標回收實驗率

表4為Cd、Pb加標回收試驗結果，表5為Cu、Zn加標回收試驗結果。根據表4、表5數據不難發現，Pb、Cd及Cu與Zn混合樣品的加標回收率處于99.79%～99.98%范圍內，表明該方法具備較高的準確度，適用于水樣中重金屬的測定。

表4 Cd、Pb加標回收試驗結果

表5 Cu、Zn加標回收試驗結果

3 討論

3.1 共存離子干擾

水樣中可能會有一系列元素存在，因此本文在試驗前考察了幾種共存元素可能帶給測定的影響，在不超過5%的相對誤差前提下，允許共存元素的濃度為：Fe：400 μg/mL；Mg：800 μg/mL；Ca：1200 μg/mL；Na：1200 μg/mL；K：1250 μg/ mL。

3.2 儀器參數優化

一是空壓機出口壓力。合理控制空壓機出口壓力至關重要，通常情況下應以0.20～0.30 MPa的范圍加以控制，當涉及具體某個金屬元素的需要時，空壓機出口壓力的調整需要參考乙炔的氣流量，以便最終確定的出口壓力科學合理[4]。二是乙炔氣流量。通常情況下，空氣-乙炔火焰有貧燃火焰、富燃火焰和化學計量火焰三種類型。具體試驗中需以待測元素為對象合理進行火焰類型的選擇。對Cr等難離解、易形成氮氧化物的元素進行分析時通常選擇福燃火焰，對K、Na、Pb、Cu等易原子化的元素進行分析時一般以化學計量火焰為主。綜合而言，在測量元素時應對火焰化學環境及其溫度予以綜合考慮，通過對火焰燃燒比的調整展開調節即可獲取適宜的乙炔-空氣比，此時的測試條件即可達到最佳。三是選擇吸收譜線。要確保吸收譜線與測定各類元素的需求相適應，同時還要滿足測定高濃度樣品并能將部分干擾克服的條件。一般情況下，元素共振吸收線不僅只有一條，且存在不同的測定靈敏度。具體測定中多以靈敏線為主，然而如果被測元素具有較高的含量，此時可選擇次靈敏線[5]。四是燃燒器的位置及高度。待測元素的基態原子濃度在火焰中存在相對復雜的分布狀況，所以在實際測定中有必要做好燃燒器高度及位置的合理控制，以促進測定結果準確性的提高。一般情況下，應控制高度處于火焰中最大基態原子濃度的區域，此時獲取的靈敏度最為適合。這也表明了在具體分析前，能否調整燃燒器高度、前后及轉角在內的機械位置處于最佳狀態，能為數據結果的準確性提供可靠保障。五是實驗樣品的提取。在確定了光譜通帶寬度后，實驗樣品劑量的控制也需要予以重視。劑量偏少會導致測量靈敏度的降低，而當樣品劑量增加后，會持續增加火焰中燃燒的霧溶液濃度，此時會不斷增大吸收光度，最終會緩慢降低原子化效率，進而削弱其吸收光度。因此，需要做好實驗樣品用量的控制。

3.3 元素燈預熱時間

控制元素燈預熱時間，是測定水中重金屬時的關鍵質量控制項目。在使用空心陰極燈前，需做好相應的預熱處理措施，待元素等具備與分析要求條件相符合的發光強度后，便可應用至實際檢驗中[6]。不同元素等對燈電流的需求有差異，所以也會面臨不同的預熱時間。一般情況下維持約30 min的預熱時間即可。在完成預熱后，通過吸噴純水能使燃燒頭與霧化氣的內外熱維持平衡。

3.4 校準曲線

在火焰原子吸收分光光度計與石墨爐原子吸收分光光度計測定中，需要分析校準曲線，建議選擇不低于5個的校準曲線濃度點，且不同濃度點保持不低于3次的重復測定，計算所有測定結果的平均值。同時，需以分析要求及儀器性能為根據，挑選測量范圍適宜的校準曲線。一般情況下，線性范圍適宜的是能產生0.4 Abs左右的溶液范圍。

3.5 樣品溶液稀釋

在應用原子吸收分光光度計測定水中的重金屬時，控制樣品溶液的稀釋度是保障測定質量、準確性的關鍵手段[7]。在具體測定中，針對濃度高的超曲線分析溶液，要求工作人員在確定其大致濃度范圍后，再稀釋處理相應的溶液，對待測樣品溶液濃度合力展開控制，確保其處于校準曲線測定范圍內，這樣一來即可為最終獲取的數據結果提供準確性、合理性的保障。

4 結語

綜上所述，選擇原子吸收分光光度計測定水中的Cu、Zn、Pb、Cd等重金屬含量時，首先要配制各重金屬元素的標準溶液，并以對應的標準溶液測定方法為根據，選擇適宜的儀器工作條件，并采用火焰原子吸收分光光度計與石墨爐原子吸收分光光度計展開測定。根據測定結果得知，Pb、Cd及Cu與Zn混合樣品的變異系數均處于2.5%以下，表明該方法具備較好的精密度和重現性，且加標回收率處于99.79%～99.98%范圍內，方法準確度較高，適用于水中重金屬的測定。