电感耦合等离子体发射光谱法同时测定地表水中的钡、钴、铝、镍、钼重金属残留

赵青峰，张文龙

（河南省信阳水文水资源勘测局，河南 信阳464000）

进入20 世纪以来，随着我国科学技术的迅速发展，尤其是金属冶炼、钢铁制造等行业发展尤为迅猛，截止到2019 年我国钢铁产量已超过11 万t，为我国经济社会的高速发展奠定基础[1,2]，但我国在金属的开采、冶炼等过程中，造成重金属如钡、钴、铝等随着工业废水的排放，进入到地表水系统中，而重金属元素在地表水系统中不能被生物降解，且具有蓄积性，对地表水造成不可逆转的影响；人类误食用到被金属污染的水资源，从而进入到人体中与蛋白质、酶等发生化学反应，或在人体器官中蓄积，造成人体亚急性、慢性中毒等[3,4]，如日本发生的汞中毒和镉污染等公害病，均由重金属污染导致。因此，加强对地表水中重金属污染物的监测意义重大。

因地表水中重金属残留量极少，实验为提高检测灵敏度，建立采用浓缩法将地表水样品进行浓缩处理，电感耦合等离子体发射光谱法同时测定钡、钴、铝、镍、钼重金属残留的分析方法[5-8]。实验结果证明，该方法灵敏、快速、准确，适用于地表水中极微量重金属残留的检测。

1 实验部分

1.1 仪器部分

Thermo Avio 500 型电感耦合等离子体发射光谱仪（美国铂金埃尔默公司）；SOPTOP AE 224C 型电子分析天平（精度：万分之一，上海舜宇恒平科学仪器公司）；ATR AutoVap S8 型全自动浓缩仪（美国ATR 科技公司）；Milli-QA10 型纯化水系统（美国密理博公司）。

1.2 标准物质和试剂

钡单元素标准物质（编号：GBW（E）080286）、钴单元素标准物质（编号：GBW（E）083781）、铝单元素标准物质（编号：GBW（E）080219）、镍单元素标准物质（编号：GBW（E）082824）、钼单元素标准物质（编号：GBW（E）080133）、浓度均为100μg·mL-1，购自国家钢铁材料测试中心；HNO3（AR 上海化学试剂厂）；实验用水（纯化水，自制）；其他试剂均为分析纯。

1.3 仪器条件

开启电感耦合等离子体发射光谱仪，预热30min，按下表设置各项仪器参数。见表1。

表1 仪器方法Tab.1 Instrument method

1.4 溶液制备

1.4.1 标准储备溶液 取钡、钴、铝、镍、钼单元素标准物质，分别精密量取1.0mL，置100mL 棕色量瓶中，加HNO3（5.0%）稀释至刻度，摇匀；再精密量取1.0mL 上述溶液，置100mL 棕色量瓶中，加HNO3（5.0%）稀释至刻度，摇匀。（钡、钴、铝、镍、钼浓度：10μg·L-1）

1.4.2 样品溶液 随机取地表水（湖泊、溪流）样品1000mL，将表面悬浮物去除，0.45μm 滤膜滤过，取续滤液100mL，置于全自动浓缩仪样品管中，浓缩至体积约为35mL，加0.25mL 浓HNO3，用纯化水定容至50mL，即得。

1.4.3 标准曲线溶液 取1.4.1 标准储备溶液，分别精密量取适量，分别置6 个10mL 棕色量瓶中，制备每1.0mL 溶液中含有4 种待测金属元素依次为0.02、0.05、0.2、0.4、0.6、1.0、4.0μg·L-1的标准曲线溶液，加HNO3（5.0%）稀释至刻度，摇匀。

2 结果与讨论

2.1 待测元素分析谱线的选择

电感耦合等离子体发射光谱法虽然专属性较好，但待测元素在同位素或其他元素共存时，选择适合的分析谱线可以有效提高检测灵敏度和准确度。如铅元素常选用220.353nm 作为分析谱线，但如果有铁基质存在时，会对铅的检测造成干扰，因此选择220.353nm 作为分析谱线就不合适。实验通过对加标样品溶液进行检测，参考相关文献最终确定钡、钴、铝、镍、钼的最佳分析谱线见表2。

表2 分析谱线选择Tab.2 Analysis line selection

2.2 仪器发射功率的优化

电感耦合等离子体发射光谱仪，发射功率增大，可以提高ICP 温度，使谱线的发射强度增强，检测信号提高，但谱线背景显著增加，信背比反而随功率的增大而下降，同时增加了烧蚀矩管的危险。实验保持其他条件不变，将ICP-AES 功率分别设置800、1000、1100、1200、1300、1400W 不同功率测定样品加标溶液，确定RF 功率为1200W 时，钡、钴、铝、镍、钼金属元素灵敏度最佳。因此，实验选择RF 功率为1200W。

2.3 标准曲线、相关系数和检测限

取1.4.1 标准储备溶液，分别精密量取适量，分别置6 个10mL 棕色量瓶中，制备每1.0mL 溶液中含有4 种待测金属元素依次为0.02、0.05、0.2、0.4、0.6、1.0、4.0μg·L-1的标准曲线溶液，加HNO3（5.0%）稀释至刻度，摇匀；再按1.3 仪器条件设置仪器，分别将上述标准曲线溶液注入仪器，以横坐标为重金属浓度（X）、纵坐标为响应值（Y）进行线性回归，计算曲线方程，在以3 倍信号值和噪音值比值作为检测限；结果5 种待测重金属线性关系良好，相关系数均大于0.995，检测限在0.005～0.012μg·L-1之间。结果见表3。

表3 标准曲线、相关系数和检测限Tab.3 Standard curve, correlation coefficient and detection limit

2.4 方法回收率试验

随机取地表水（湖泊、溪流）样品1000mL，共取6 份，分别精密加入1.4.1 标准储备溶液适量，后续按1.4.2 样品溶液方法进行前处理，制备含钡、钴、铝、镍、钼分别为0.02 和1.0μg·L-1的加标溶液；再按1.3 仪器条件设置仪器，分别将上述加标溶液注入仪器，以样品检测值和加入量计算回收率；结果5种待测金属2 水平加标回收率在86.3%～93.5%之间，符合要求。结果见表4。

表4 回收率试验结果Tab.4 Recovery test results

2.5 方法重复性实验

随机取地表水（湖泊、溪流）样品1000mL，精密加入1.4.1 标准储备溶液适量，后续按1.4.2 样品溶液方法进行前处理，制备含钡、钴、铝、镍、钼分别为0.05μg·L-1的加标溶液，同法平行制备6 份；再按1.3 仪器条件设置仪器，分别将上述溶液注入仪器，计算方法重复性RSD。结果，钡、钴、铝、镍、钼重复性RSD 分别为3.17% 、2.58%、3.44%、2.93%和3.01%，表明方法重复性良好。

2.6 方法实例

随机取地表水样品1000 mL（湖泊、溪流、农田灌溉），分别按1.4.2 样品溶液方法进行前处理，每个样品平行制备2 份样品溶液，再按1.3 仪器条件设置仪器，分别将上述溶液注入仪器，计算地表水样品中钡、钴、铝、镍、钼的含量。在湖泊水和农田灌溉水中检出微量铝残留，结果见表5。

表5 检测结果（μg·L-1）Tab.5 Detection result（μg·L-1）

3 结论

实验开发建立采用浓缩法将地表水样品进行浓缩处理，电感耦合等离子体发射光谱法同时测定钡、钴、铝、镍、钼重金属残留的分析方法，对待测元素谱线和仪器发射功率进行了优化，考察了方法的线性等，经实验证实此方法具有简单、快速等优点，可以用于地表水中重金属残留的检测。