电感耦合等离子体发射光谱法同时测定集中式生活饮用水源中13种金属元素试验

夏 丽，何列勇，张艳梅，谭 东

(重庆永川区环境监测站, 重庆 永川 402165)



电感耦合等离子体发射光谱法同时测定集中式生活饮用水源中13种金属元素试验

夏 丽，何列勇，张艳梅，谭 东

(重庆永川区环境监测站, 重庆 永川 402165)

摘要：利用美国PE公司生产的Optima 8300电感耦合等离子体发射光谱仪同时测定了集中式饮用水源中铜、锌、铅、镉、铁、锰、钼、钴、铍、硼、镍、钒、钡等13种元素。试验将水样用0.45 μm滤膜抽滤，取中段滤液100 mL，加浓硝酸0.2 mL。ICP采用轴向观测方式，同时采用石英同心雾化器加石英旋流雾化室，直接分析样品，减少背景干扰和其它元素干扰，提高了分析的灵敏度。结果表明：线性范围好，各元素相关系数均≥0.9995；灵敏性好，方法检出限为0.3～30 μg/L；重现性好，各元素的相对标准偏差(RSD)为0.22 %～3.89 %；准确度高，样品加标回收率为95.0 %～104.0 %，并对标样进行了测定，数值均在允许范围内。该方法可多元素测定，操作简便、快速灵敏、线性范围宽、检出限低、结果准确可靠，能够满足集中式饮用水源水的测定要求。

关键词：电感耦合等离子发射光谱仪；集中式饮用水源；金属元素

1引言

为保障城乡居民生活饮用水安全，保障人民群众身体健康，我国2006年颁布实施的生活饮用水标准检验方法金属指标(GB/T 5750.6-2006)中[1]，测定饮用水源水中金属元素达到27种。在全国集中式生活饮用水水源地水质监测实施方案中，加强了集中式饮用水水源地水质监测与监管，按《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)表1的基本项目(23项，化学需氧量除外)、表2的补充项目(5项)和表3的优选特定项目，共61项，每季度进行1次监测，其中金属元素的测定占了很大比重。因此，快速准确地测定集中式饮用水水源地水质中的金属元素含量，对居民生活饮用水安全提供了极其重要的安全保障。

利用新购置的美国Perkin-Elmer公司Optima 8300电感耦合等离子发射光谱仪，采用轴向观测方式，建立了水中13种金属元素方法，多元素同时测定，操作简便、快速灵敏、线性范围宽、检出限低、准确度高,在环境监测研究领域广泛应用[2-5]。

2材料与方法

2.1主要仪器

ICP光谱仪：美国Perkin-Elmer公司Optima 8300电感耦合等离子发射光谱仪，石英同心雾化器加石英旋流雾化室，具有轴向和径向2种观测方式，动态波长矫正。

2.2主要试剂和标准曲线

主要试剂：硝酸GR，国药集团化学试剂有限公司

超纯水：电阻率18.5MΩ·cm

氩气：高纯级钢瓶气，纯度99.99 %

多元素标准溶液：ICP分析用GNM-M06099-2013Cu、Zn、Pb、Cd、Ni，标准值100 mg/L，购于国家有色金属及电子材料分析测试中心；Mo、Co、Be、B、V、Ba等元素标准值100 mg/L，购置于ULTRA测试中心；Fe、Mn标准值500 mg/L，购置于国家标准物质中心。临用前用1 %硝酸逐级稀释。直接分取标准储备溶液配置多元素混合标准使用溶液，将混合标样逐级稀释成一系列标准工作溶液，浓度分别为0.05 mg/L、0.1 mg/L、0.2 mg/L、0.4 mg/L、0.8 mg/L、1.0 mg/L、1.5 mg/L。

2.3仪器分析条件

经过多次试验，优选仪器最佳工作参数：射频功率最佳为1300 W，等离子体流量为15.0 L/min，辅助气流量为0.20 L/min，雾化器流量为0.55 L/min，试样流量为1.50 L/min，冲洗时间10 s，读数延迟时间35 s，重复测定2次，观测方式为轴向观测。

2.4样品处理和测定分析

采集永川城区孙家口水库、水厂取水点、上游水库3个集中式饮用水源水样，样品采集后用0.45 μm滤膜抽滤，取中段滤液100 mL，加浓硝酸0.2 mL，用标准曲线计算样品含量，同时测定标准样品。

3结果与讨论

3.1射频功率的优化

射频功率的大小直接影响等离子体的温度以及离子化的程度，从而改变灵敏度和精确度。Optima 8300电感耦合等离子发射光谱仪采用的是自激式固态射频发生器，固态振荡器产生的射频功率将矩管中的氩气电离形成等离子体，激发样品释放出特征辐射，从而可以推导出样品中元素的种类和含量。射频发生器输出的功率范围为750～1500 W，当其它条件不变，改变射频功率750 W、900 W、1100 W、1300 W、1500 W，实验表明，提高功率可以增加信号值，但背景值也增加，试验选择了射频功率在1300 W时，等离子体最稳定，能量传输的效率最好。

3.2观测方式的选择

Optima 8300电感耦合等离子发射光谱仪具有轴向和径向双向观测模式，轴向观测是沿等离子轴向发出的光进入光谱仪的光学系统中，灵敏度较高，检出限低，适用于浓度较低的样品[6]；径向观测是从等离子体侧面发出的光穿过矩管狭缝并传入光谱仪的光学系统中，定量准确，适用于浓度较高样品的测定。该次测定集中式饮用水源水质的重金属含量极低，因此，采用轴向观测方式。

3.3分析谱线的确定

电感耦合等离子发射光谱仪对每个元素的测定都可以同时选择多条分析谱线，且同时具有同步背景校正功能。实验从仪器分析软件中同时选取各元素的灵敏线及次灵敏线2-3条进行测定，以其干扰最少、检出限低、相对灵敏度高、信噪比小、线性最好的谱线作为分析谱线。Cu327.393 nm、Zn206.200 nm、Pb220.353 nm、Cd228.802 nm、Ni231.604 nm、Mo202.031 nm、Co228.616 nm、Be313.107 nm、B249.677 nm、V290.880 nm、Ba233.527 nm、Fe238.204 nm、Mn257.610 nm。

3.4检出限的测定

在标准曲线范围内各元素呈良好的线性关系，相关系数介于0.9995-0.9999之间。取10次平行测定空白溶液的结果，按空白溶液标准偏差的3倍计算出各元素的检出限。由表1可知，仪器灵敏度较高，每种元素的检出限均低于《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)标准限值，满足测试要求。

表1　各元素的检出限　μg/L

3.5精密度与回收率

采取上游水库断面水样，在测定实际样品基础上作标准加入回收实验，原样和加标水样重复测定6次。计算各元素的均值、加标回收率和相对标准偏差。

由表2可知，样品加标回收率为95.0 %～104.0 %，各元素的相对标准偏差(RSD)为0.22 %～3.89 %。

3.6标样测定

在测定3个集中式饮用水源样品基础上，同时测定了环境保护部标准样品研究所的国家环境标准样品。按照证书上步骤用10 mL干燥洁净移液管从安瓿瓶中准确量取10 mL标准样品用1 %硝酸定容到250 mL容量瓶中，然后上机测定。结果表明，测定结果均在标准值范围内，结果准确度高(表3)。

3.7样品分析

按照设定的实验方法步骤，测定了永川城区孙家口水库、水厂取水点、上游水库3个集中式饮用水源水质，同时用标准样品做质量控制，对结果进行了评价。评价标准参考《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)表1的基本项目(23项，化学需氧量除外)、表2的补充项目(5项)和表3的优选特定项目。结果表明：3个集中式饮用水源水质除Ba、B外，其它指标都低于生活饮用水标准检验方法金属指标(GB/T 5750.6-2006)方法检出限，更符合《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)中各项标准。

表2　精密度与回收率

表3标准样品分析结果

批号元素标准值/(mg/L)测定值/(mg/L)201123Cu0.509±0.0310.512201324Zn0.744±0.0330.756201229Pb0.118±0.0080.115201423Cd0.087±0.00510.092201515Ni0.511±0.0310.514203806Mo0.0709±0.00640.07093203607Co0.0856±0.00420.08409204605Be0.0172±0.00150.01621206803B1.20±0.081.18203506V0.233±0.0110.243204306Ba0.900±0.0460.939202421Fe0.292±0.0240.309202521Mn0.402±0.0150.412

4结论

通过实验可知，该方法可多元素测定，操作简便，快速灵敏，线性范围宽，检出限低，结果准确可靠，能够满足集中式饮用水源水的测定要求。

参考文献：

[1]中华人民共和国卫生部,中国国家标准化管理委员会.生活饮用水标准检验方法金属指标：GB/T5750.6-2006[S].北京:中国标准出版社,2006.

[2]MANDIWANA K L.Physical interferences by mineral acids in ICP-OES [J].Journal of Analytical Atomic Sepctrometry, 2000,15(10):1405.

[3]温新欣,王昱政.电感耦合等离子发射光谱法同时测定水中7种金属元素[J].预防医学论坛,2014,20(7):516～521.

[4]国家环境保护总局,水和废水监测分析方法编委会.水和废水监测分析方法[M].4版增补版.北京:中国环境科学出版社,2002.

[5]纪桂芬,赵小晨.ICP-AES法测定生活用水中铅、钡、钼等八种微量元素[J].现代科学仪器,2000(6):34～35.

[6]形培志,高舸.全谱直读电感耦合等离子体发射光谱法同时测定饮用水中多种元素[J].中国卫生检验杂志,2014,24(3):319～323.

Simultaneous Determination of 13 Kinds of Metal Elements in Centralized Drinking Water Sources by Inductively Coupled Plasma Emission Spectrometry

Xia Li，He Lieyong，Zhang Yanmei，Tan Dong

(ChongqingYongchuanDistrictEnvironmentalMonitoringStation,YongchuanChongqing402165)

Abstract:Objective We utilized the optima 8300series company PE inductively coupled plasma emission spectrometry for the simultaneous determination of copper,zinc,lead,cadmium,iron,manganese,molydenum,cobalt,beryllium,boron,nickel,vanadium andbarium in centralized drinking water. Method We filteredwater samples with 0.45-micron filter membrane,interrupted100mLfrom the filtrate and added 0.2mL of nitric acid.The quartz concentric nebulizer was used in combination with quartz cyclone spray chamber,the axial observation mode, to analyze samples directlyand to reduce the interference of background and other elements, whichincreased the sensitivity of analysis. Results It had good linear range, with all linear correlation coefficient ≥0.9995 ; good sensitivity, with method detection limit of 0.3-30 ug L - 1; good reproducibility, and the relative standard deviation (RSD) of each element was 0.22% - 3.89%; high accuracy, whichthe sample standard addition recovery was 95.0% - 95.0%.And when the standard samples were measured, values were within in allowable range. Conclusion This method could be used for simultaneous determination of multiple elements ,whichwas convenient , fast and sensitive, with wide linear range and low detection limit.The results were accurate and reliable, able to meet the requirements of the determination of the water of Centralized drinking water sources.

Key words:inductively coupled plasma emission spectrometer; centralized drinking water sources; metal elements

收稿日期：2016-04-18

作者简介：夏丽(1985—)，女，工程师，硕士，主要从事环境保护工作。

中图分类号：TN23

文献标识码：A

文章编号：1674-9944(2016)10-0018-03