电感耦合等离子体原子发射光谱法测定海水中的21种元素

韦 业

（北海市环境监测中心站，北海536000）

电感耦合等离子体原子发射光谱法测定海水中的21种元素

韦 业

（北海市环境监测中心站，北海536000）

在海水中21种元素测定中，传统分析方法操作过程繁琐、分析周期长、劳动强度大，分析结果受分析人员及各种试剂因素影响较大。本实验建立了电感耦合等离子体原子发射光谱法（ICP－OES）测定海水中Al、As、Ag、Ba、Bi、Ca、Cd、Cr、Co、Cu、Fe、K、Li、Mg、Mn、Ni、Pb、Se、Sr、V、Zn共21种元素含量的方法。实验表明，方法线性范围广，标准曲线相关系数达0.9990以上。该法具有前处理简单、分析效率高、准确性高、稳定性好等优点，可以为海水ICP分析方法提供参考依据

电感耦合等离子体原子发射光谱法 海水 多种元素

海水水质是备受人们关注的问题，我国现行的《海水水质标准》涉及10个重金属指标。随着工业发展，环境污染日益严重，海水遭受污染已不可避免。虽然国家海水质量涉及金属指标仅为10项，但是不代表其他污染指标就不存在或者不重要，比如铁、锰、钴、钒等，在国家《地下水环境质量标准》都有相应的标准。目前分析海水重金属元素的国家分析方法，一般为有机溶剂萃取后用原子吸收分光光度法进行测定［1］，不仅操作过程麻烦、分析效率低，且所使用的有机溶剂对人体有害。原子发射光谱是光谱分析法中发展比较早的一种方法，经过100多年的发展，光谱分析技术日益成熟。近年来随着CCD检测器件的适用，等离子体发射光谱同时分析多种元素的能力大大提高，在各个领用都得到了应用。等离子体发射光谱法具有效率高、准确性高、干扰少的优点，因此该法在分析各种元素上有着广阔的应用前景。但是海水因其高盐分的存在，会导致喷孔堵塞，一般的等离子体发射光谱仪无法直接分析，是使用该方法分析海水的障碍之一。研究一种适合于直接分析海水重金属的等离子体发射光谱法具有十分重要的意义。Perkin－Elmer公司生产的电感耦合等离子体发射光谱仪具有耐氢氟酸、耐高盐的特点，可以同时测定几十种金属元素。

1 实验部分

1.1 仪器

电感耦合等离子体发射光谱仪（PE，optima 8000）配高盐进样系统。

1.2 实验材料及试剂

等离子发射光谱分析混合离子标准物质50mL 1支（批号201406浓度100mg／L，元素为Al、As、Ag、Ba、Bi、Ca、Cd、Cr、Co、Cu、Fe、K、Li、Mg、Mn、Na、Ni、Pb、Se、Sr、V、Zn，上海市计量测试技术研究院）；硝酸（优级纯，北京化工厂，批号20130905）；氯化钠（分析纯，国药集团化学试剂有限公司，批号F20090209）；海水水样2份（采自北海市近岸海域）。

1.3 配置人工海水基体

在1L超纯水中加入氯化钠33g，溶解摇匀。

1.4 配置标准曲线溶液

将等离子发射光谱分析混合离子标准物质分别配置成0.00、0.050、0.500 1.00、2.00和5.00 mg／L，用人工海水基体溶液定容，做成系列标准溶液，待分析。

1.5 水样预处理

将水样用0.45μm的水系滤膜过滤，待分析。

1.6 仪器工作条件设置

打开载气，进入操作软件新建方法文件，仪器条件如下：

光谱仪

吹扫气流：正常；读数时间（s）：自动；延迟时间（s）：20；重复次数：1次。

取样器

等离子体气流量（L／min）：12；辅助气流量（L／min）：0.2；功率（W）：1300；观测距离（mm）：15.0。

建好方法文件后，即可进行样品分析。

2 结果与讨论

2.1 元素分析波长的选择及工作曲线的绘制

电感耦合等离子体原子发射光谱法对每种元素的分析都有可以选择多条特征谱线同时测定，在软件中建立方法时只要输入元素化学符号，系统自动推荐该元素的分析谱线，在仪器条件设置中选择。进样完成后仪器自动将谱线强度测定值，减去试剂空白，得出分析物质的标准曲线，计算相关系数，结果见表1。

表1 各元素分析谱线波长和工作曲线

从表1中可以看出，被分析的21种元素标准曲线相关系数都为0.999以上，满足实验要求。

2.2 样品测定

在同等实验条件下，绘制完标准曲线后，将过滤后的海水样品一份为二，将一份样品稀释10倍后上机分析，测定高浓度元素；另一份样品，对高浓度元素，设置仪器禁止采样后，直接进样分析低浓度元素。任选一份海水做平行样同时分析，作为质控手段，分析结果见表2。

表2 海水中21种元素的实际含量 mg／L

从表2中可以看出，海水中各种元素浓度相差高达24万倍左右，含量比较高的元素有镁、钾、钙。稀释10倍后的海水与原水样直接分析出的低浓度元素水平基本相当，未检出的元素稀释水样与原水样没有区别，所有元素分析平行性均较好。

2.3 最低检出限实验

以人工海水作空白，重复测定7次，以其标准偏差的3.143倍计算检出限［2］，经计算21种元素的方法检出限为0.003mg／L～0.009mg／L，满足实验要求。

2.4 讨论

关于进样问题。海水中各种元素含量水平相差极大，有些元素如镁、钾、钙元素高达上1000×10－6，而有些元素含量又很低，低于检出限以下（10－9级别以下），分析时如何两头兼顾？一是可以将标准曲线最高点适当提高到几十个×10－6，二是将样品进行适当倍数稀释后进行分析，确定出高浓度元素后，在软件方法设置中对高浓度元素禁止采样，再用原水样分析低浓度元素。可以做到高低浓度同时兼顾。

关于元素分析的灵敏性问题。从表1数据可以看出，被分析的21种元素标准曲线的斜率均不相同，甚至相差还很大，斜率最大者是斜率最小者的22312倍。斜率越大表明该元素越灵敏。灵敏性顺序为：Li＞Sr＞Ag＞Ca＞Mg＞Ba＞K＞Fe＞Cr＞Cd＞Mn＞Co＞Ni＞Zn＞Cu＞V＞Pb＞Bi＞Al＞As＞Se。总体上碱金属灵敏度最高，而非金属元素As、Se灵敏度最差。因此用该法分析非金属元素有待进一步研究。

关于线性范围问题。从实验看出，海水金属元素含量较高，对这些高浓度元素必须稀释数十倍才能控制在标准曲线最高点以内。ICP－OES方法有一个优点是值得肯定的，曲线的线性范围特别宽，标准曲线最低点可以做到几个×10－9，而最高点可以做到上百个×10－6，线性仍非常好。这就既有利于分析低浓度样品，也能分析高浓度样品，对特别高浓度样品不需要稀释太多的倍数，大大降低了稀释引起的误差。

3 结论

通过实验建立了ICP－OES法测定海水中的多种元素的方法，与传统分析方法相比，该法具有前处理简单、分析效率高、准确性高、稳定性好、线性范围宽、仪器耗气量低等优点，可以为海水ICP分析方法提供参考依据。

［1］中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局 中国国家标准化管理委员会 .《中华人民共和国国家标准海洋监测规范第4部分：海水分析GB17378.4－2007》［M］.北京：中国标准出版社，2008：10－11.

［2］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》（4版）［M］.北京：中国环境科学出版社，2002：28～29.

Determination of 21 elements in seawater by ICP－OES.

Wei Ye
（Beihai Environmental Monitoring Cen－ ter Station，Beihai 536000，China）

The related coefficients of standard curve are more than 0.999.The method is simple，highly effective，accurate，steady，and has wide linear range，low gas consumption，.It can provide reference for seawater ICP analysis.

ICP－OES；seawater；multiple elements

10.3936／j.issn.1001－232x.2017.01.008

2015－11－20

韦业，男，1981年生，硕士研究生学历，工程师，主要从事环境监测工作。