微波等离子体炬原子发射光谱法测定地下水中的铅、铬、镉

蒲 涛 猛（开鲁县环境监测站，内蒙古 通辽 028400）



微波等离子体炬原子发射光谱法
测定地下水中的铅、铬、镉

蒲 涛 猛
（开鲁县环境监测站，内蒙古 通辽 028400）

摘要：采用微波消解微波等离子体炬原子发射光谱法（MPT-AES）检测地下水中的铅、铬、镉含量，对分析谱线、酸效应、共存离子干扰等对发射强度的影响进行了详细研究，确定了最佳检测条件。在最佳检测条件下，测得铅、铬、镉的工作曲线相关系数均大于0.999 5，方法检出限分别为4.18、4.37、3.28 µg·L-1，相对标准偏差（RSD）均小于 2.54%，结果表明所测地下水中铅、铬、镉含量均符合国家标准，铅、铬、镉的加标回收率分别为95.6%～102.3%、95.4%～103.5%、94.7%～104.1%。

关键词：微波等离子体炬原子发射光谱法；地下水；铅；铬；镉

地下水是开鲁地区可利用的主要水资源，是城市供水和工农业用水的主要来源，其对农业、工业及城镇持续发展起着至关重要的作用［1］。随着工农业快速发展，城市人口不断增加，大量的城镇生活垃圾、工业废气废水、农药化肥产生的有害物质释放到环境中，这些有害物质经过多种形式渗透到地下水层中，进而污染地下水［2］。污染的地下水又会再次污染人、土壤、农作物，产生严重危害［3］。

铅、铬、镉是环境当中常见的重金属，具有难降解、易积累、高稳定性和毒性大等特点［4］。地下水中的铅、铬、镉一般采用传统方式消解的前处理和原子吸收光谱法检测，费时费力易产生样品中元素损失，不能多元素同时分析，对于某些基体复杂的样品分析，尚存某些干扰问题需要解决，标准工作曲线的线性范围窄［5，6］。经微波消解后，采用微波等离子体炬原子发射光谱法分析开鲁地区地下水的铅、铬、镉，并通过精密度和加标回收实验有效的保证该实验方法准确可靠。

1　实验部分

1.1试剂与主要仪器

试剂：铅、铬、镉标准储备液均为1 g·L-1，浓硝酸（GR），二次去离子水，地下水样品。

仪器：1020型微波等离子体炬原子发射光谱仪（MPT）（长春吉大小天鹅仪器有限公司），CEM微波消解仪（美国CEM）。

实验中所用器皿均在（1+1）硝酸溶液浸泡4 h，并且用二次水洗涤，烘干后保存在干燥器中备用。

1.2微波等离子体炬光谱仪工作参数

考察铅、铬、镉的最佳元素分析谱线、等离子体炬微波功率、载气流速、工作气流速、负高压对信号强度的影响，获得最适合的仪器工作参数，如表1所示。

1.3微波消解工作参数

根据仪器自带软件提供的参考条件，经过多次实验，确定了能将水样完全消解的最合适工作参数，见表2。

表1　 MPT-AES工作参数Table 1　MPT-AES working parameters

表2　 微波消解工作参数Table 2　Microwave working parameters

1.4实验方法

1.4.1样品前处理

用大肚移液管量取地下水样2 mL，放入消解罐中，加入3 mL浓硝酸，放入微波消解仪中，按最合适工作参数消解地下水样。完全消解后，冷却地下水样至室温，将其转移至烧杯中，并用二次水洗涤3次，一并转移到烧杯中，在通风厨中保持消解液处于微沸状态赶酸，至烧杯中剩余1～2 mL时，停止赶酸，冷却至室温，转移至50 mL容量瓶中，用去离子水定容，摇匀备用。

1.4.2样品检测

打开冷凝水浴箱，加入冰块，待水温降到8 ℃，开启MPT-AES电脑程序，配置各个元素工作参数，打开仪器电源升温20 min，连接载气和工作气，等待仪器3 min后点火，系统定位，负高压校准，选定分析谱线、酸效应、共存离子干扰等对发射强度影响较小的条件下检测。最终由仪器控制程序运算出信号强度、方法检出限、精密度和样品浓度。

2　结果与讨论

2.1MPT-AES工作参数的选择

2.1.1分析线

配制铅、铬、镉标准溶液浓度各为 3 mg·L-1，分别进样，在其他参数不变的情况下，由仪器自动扫描波长，选择波峰峰值较高、波形较好的谱线作为最佳分析线，分别为：405.78，357.87，228.80 nm。

2.1.2微波前向功率

当仪器功率增大时，信号强度也逐渐增强，但是仪器自身功率有一定的限度，太大时不稳定，并且信号强度增加幅度不大，综合考虑仪器的操作因素，选择前向功率为80 W。

2.1.3载气流量

当载气流量的逐渐增加时，各元素的信号强度呈先增后减的趋势，本实验考虑到既能获得最大发射强度及仪器的稳定性，因而选择铅、铬、镉的载气流量分别为0.7、0.7、0.6 L·min-1。

2.1.4工作气流量

工作气流量对各元素的信号强度的影响趋势也是先增后减，工作气流量较小时，等离子体中混有空气，干扰仪器的正常工作。工作气流量较大时，各元素在等离子体中停留时间过短，电离不完全，信号强度小。选择铅、铬、镉的工作气流量分别为0.5、0.5、0.5 L·min-1。

2.2干扰的考察

2.2.1酸效应

一定浓度的酸影响铅、铬、镉的测定结果，但在消解液赶酸后，剩余的残留酸浓度很低，对测定结果不影响。

2.2.2共存离子

易电离离子对测定结果的影响较大，自由电子影响待测元素在氩气中的电离情况。实验表明钠、镁、钙对铅、铬、镉的信号强度有一定的影响，本实验采用标准加入法来消除干扰。

2.3线性范围、检出限

将标准工作溶液按仪器最适合参数进行测定，由低浓度到高浓度依次进样，给出工作曲线，如表3所示，铅、铬、镉工作曲线的相关系数达到要求。

表3　线性范围及检出限Table 3　Linearity range & detection limit

2.4精密度

某一标准工作溶液连续检测5次，以验证仪器及实验室环境对测定结果的重现性，测得相对标准偏差如表4所示。

2.5样品的检测和加标回收率

采样于不同地点的地下水经消解后，分别测定其中铅、铬、镉的含量，并计算加标回收率（表5）。

表4　精密度实验结果 （n=5）Table 4　The result of the precision test （n=5）

表5　地下水中微量元素的测定结果（x±s，n=7）Table 5　The test results of trace elements in cacao powder （x±s，n=7）

对地下水中铅、铬、镉的含量进行t检验法统计比较（置信度P=95%，t0.953=3.182）［7］。对比3个来自不同地点地下水，铅、铬、镉的含量无较大波动（t计＜t0.953），并且符合我国的地下水重金属限量标准。

3　结 论

（1）根据测定结果分析，MPT-AES法测定地下水中的重金属元素，可以缩短检测时间，方法的检出限和准确性好，检测结果的精密度和加标回收率良好，为地下水样中重金属含量监测提供参考方法。

（2）微波消解比常规消解显著缩短消解时间，密闭消解比常规消解排放到环境中的酸雾较少，减少对实验人员的危害，并降低劳动强度，提高工作效率。

参考文献：

［1］陈志良，张越男.季节变化特征和风险评估大宝山矿地下水重金属的土地［J］.中国农学通报，2014，30（23）∶ 190-196.

［2］杨克敌.微量元素与健康［M］.北京∶ 科学出版社，2003∶ 20-100.

［3］李丽萍.测定土壤中微量锑的石墨炉原子吸收光谱测定方法［J］.环境科学与管理，2015，40（5）∶ 109-110.

［4］孙义，曾玉香.地下水氟含量测定和研究情感因素的决心［J］.广西科学，2013，20（2）∶ 162-164.

［5］叶志清.浅层地下水的特点及原因分析［J］.地下水，2010，32（1）∶40-42.

［6］邓美红.地下水铁测定的因素分析和校正方法［J］.广东化工，2014，41（11）∶ 213-214.

［7］蒲涛猛，张金生，李丽华.微波等离子体炬原子发射光谱法测定可可粉中的铅、铬、镉［J］.分析科学学报，2014，30（1）∶ 139.

Determination of Pb，Cr and Cd in Groundwater by Microwave Plasma Torch Atomic Emission Spectrometry

PU Tao-meng
（Kailu Country Environmental Monitoring Station，Inner Mongolia Tongliao 028400，China）

Abstract：The method of determining the contents of Pb Cr and Cd in groundwater was studied by microwave digestion MPT-AES.Some process variables，including the flowrate of carrier gas，the flowrate of work gas，the effects of acid，the disruption of coexistence ion etc，were optimized.The results show that，the linear coefficients all are more than 0.9995，the method detection limits are respectively 4.18 µg·L-1，4.37 µg·L-1，3.28 µg·L-1，the RSDs all are less than 2.54%.Pb，Cr and Cd contents in groundwater conform to the national limit standards.The standard addition recovery rate of Pb，Cr and Cd respectively are 95.6%～102.3%，95.4%～103.5% and 94.7%～104.1%.

Key words：Microwave plasma torch atomic emission spectrometry；Groundwater；Pb；Cr；Cd

中图分类号：O 657

文献标识码：A

文章编号：1671-0460（2016）01-0198-03

收稿日期：2015-09-21

作者简介：蒲涛猛（1985-），男，内蒙古通辽市开鲁县人，硕士，2013年毕业于沈阳化工大学分析化学专业，研究方向：现代分离与分析方法，从事环境监测工作。E-mail：putaomeng@163.com。