用原子吸收法测定水中金属元素

韩 笑,周 多

（东北电力科学研究院有限公司,辽宁 沈阳 110006）

原子吸收光谱法是分析化学领域中一种重要的分析方法。该方法既可做某些常量组分测定,又能做10-6级微量测定,可准确测定水中低含量的Cu、Pb、Zn、Ba、Sr、Mn、Cd、Fe等元素,对水质分析检测有很重要的实际意义。火电厂中水中的Ba、Sr、Mn等重金属元素的含量一般很低,采用常规化学分析方法往往不能将其准确检出。

1 原子吸收分光光度法的工作原理

原子吸收分光光度法（AAS）是基于试样蒸气对待测元素特征谱线（共振线）的吸收特性来测定试样中待测元素含量的分析方法。其工作原理是将被分析物质以适当方法转变为溶液,并将溶液以雾状引入原子化器。此时,被测元素在原子化器中原子化为基态原子蒸气。当光源发射出与被测元素吸收波长相同的特征谱线通过火焰中基态原子蒸气时,光因被基态原子所吸收而减弱,其减弱的程度（吸光度）在一定条件下,与基态原子的数目（元素浓度）之间的关系遵守朗伯—比耳定律。被基态原子吸收后的谱线,经分光系统分光后,由检测器接收,转换为电信号,再经放大器放大,由显示系统显示出吸光度或光谱图。

2 仪器与试剂

2.1 仪器

WFX210型原子吸收分光光度计（北京瑞利光学仪器厂）

HL-1型钙、镁、铜、锌、锰空心阴极灯（河北宁强光源厂）

DB-1型不锈钢电热板（江苏金坛金城国胜实验仪器厂）

试验所用玻璃仪器均经HNO3∶H2O（2∶5,v/ v）浸泡12 h以上,取出后经去离子水洗净,晾干,备用。

2.2 试剂

硝酸（优级纯）（北京益利精细化学品有限公司）

高氯酸（优级纯）（天津市鑫源化工厂）

去离子水（实验室自制）

氩气（纯度99.8%）

钡标准溶液（国家标准物质研究中心）

锶标准溶液（国家标准物质研究中心）

锰标准溶液（国家标准物质研究中心）

2.3 样品

本次试验测定的样品为2010年8月19日普兰店中水水样。

2.4 样品的处理

精密吸取100m L水样置于150 mL三角瓶中,加入0.5m L硝酸,置于热板上110℃小火加热,确保水样不沸腾。蒸至30～40mL冷却,定量转移至100mL量瓶中,以0.5%硝酸定容。

3 试验方法与结果

3.1 原子吸收测定条件

各元素的最佳仪器工作条件见表1。

3.2 标准工作曲线的绘制

将钡、锶、锰各元素的标准储备液用0.5%硝酸逐级稀释配制成一系列标准溶液,按表1中试验条件对标准溶液进行测定,以吸光值对浓度进行回归计算,结果各元素吸光值与浓度呈良好的线性关系,图1为钡元素标准工作曲线,图2为锶元素标准工作曲线,图3为锰元素标准工作曲线。

表1 原子吸收仪器工作条件

3.3 仪器精密度试验

取钡、锶、锰各元素标准溶液标准曲线中间浓度,连续测定6次,计算吸光度相对标准差（RSD）,结果分别为0.65%、0.68%、0.29%。表明仪器分析精密度良好。结果见表2。

表2 精密度试验结果（n=6）

表3 水样测定结果

3.4 样品测定

按表1中仪器工作条件,对待测水样进行测定,结果见表3。

4 分析讨论

4.1 石墨炉条件的选择

a.干燥温度不宜过高,以免空白标准溶液、元素储备液、待测样品挥发过快,影响测量精度。

b.对于难原子化的元素可以设定斜坡加热,使受热更完全,利于原子化阶段的升温。

c.选择合适原子化的最低温度,延长石墨管的使用寿命,减少石墨管的损耗。

d.冲洗温度至少比原子化温度高100℃。

4.2 程序升温、光学控温

本试验在消解过程中采用程序升温,使样品消解更完全,测定更准确。钡元素属于难原子化元素,将原子化温度设定在2 600～2 700℃,采用光学控温模式,测得的吸光值结果较大,且稳定。

4.3 石墨炉原子吸收法的优点

a.选择性高、干扰少。分析不同元素需选择不同的元素灯,共存元素对被测元素不产生干扰,一般不需要分离共存元素就可以进行测定。

b.灵敏度高,石墨炉原子吸收分光光度法可测到10-9g/m l数量级。

c.测定的范围广。可用来测定70多种元素,既可做痕量组分分析,又可做常量组分测定。

d.操作简便,分析速度快,已在轻工、农药、医药、食品及环境监测等方面得到广泛应用。

4.4 石墨管的使用

实际测量过程中石墨炉的温度平均达到2 500～3 000℃,对石墨管的损耗非常大。在测定钡的试验中,石墨炉的实际温度可以达到3 000℃以上,因此要格外注意石墨管的状态,当在测量的过程中发现吸光值的曲线波动很大,出现异常时,应立即停止试验检查石墨管是否烧断。石墨管烧断的危害巨大,断裂的碎片残留在石墨炉中会造成吸光值偏差,甚至可能烧坏石墨炉电源。发现石墨管断裂后,应该将石墨管的碎片彻底清理干净,更换新管。图4为石墨管烧断时吸光值曲线。

图4 石墨管烧断时的图形

4.5 玻璃器皿的准备

玻璃对元素的标准储备液有强的吸附作用。因此,试验用的玻璃器皿应用去离子水冲洗干净,自然晾干,经HNO3∶H2O（2∶5,v/v）浸泡12 h以上,取出后经去离子水洗净、晾干、备用。

4.6 标准储备液的存放

配制好的标准储备液在聚四氟乙烯瓶中存放,同一元素同一浓度的储备液应固定使用同一器皿,以减少误差。

4.7 硝酸的使用

配置标准储备液所用的硝酸对吸光值有一定影响。新的硝酸应该进行空白试验,如果空白值过大应避免使用,更换硝酸。

5 结论

本试验方法准确简便,重现性良好,是研究水中微量金属元素含量的有效方法,并且检测成本相对较低,易于推广。原子吸收法可以在分析火电机组给水、蒸汽中发挥作用。如检测水中的微量元素,判断热力系统的腐蚀倾向,评价设备的健康状态及所用工艺的合理程度。

[1] 李昌厚.原子吸收分光光度计仪器及应用[M].北京：科学出版社,2006.

[2] 刘玉申,尹 华,吴小来.原子吸收分光光度法中的干扰及消除[J].农业与技术,2010,（2）：49-51.