用原子吸收法測定水中金屬元素

韓 笑,周 多

（東北電力科學研究院有限公司,遼寧 沈陽 110006）

原子吸收光譜法是分析化學領域中一種重要的分析方法。該方法既可做某些常量組分測定,又能做10-6級微量測定,可準確測定水中低含量的Cu、Pb、Zn、Ba、Sr、Mn、Cd、Fe等元素,對水質分析檢測有很重要的實際意義。火電廠中水中的Ba、Sr、Mn等重金屬元素的含量一般很低,采用常規化學分析方法往往不能將其準確檢出。

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）是基于試樣蒸氣對待測元素特征譜線（共振線）的吸收特性來測定試樣中待測元素含量的分析方法。其工作原理是將被分析物質以適當方法轉變為溶液,并將溶液以霧狀引入原子化器。此時,被測元素在原子化器中原子化為基態原子蒸氣。當光源發射出與被測元素吸收波長相同的特征譜線通過火焰中基態原子蒸氣時,光因被基態原子所吸收而減弱,其減弱的程度（吸光度）在一定條件下,與基態原子的數目（元素濃度）之間的關系遵守朗伯—比耳定律。被基態原子吸收后的譜線,經分光系統分光后,由檢測器接收,轉換為電信號,再經放大器放大,由顯示系統顯示出吸光度或光譜圖。

2 儀器與試劑

2.1 儀器

WFX210型原子吸收分光光度計（北京瑞利光學儀器廠）

HL-1型鈣、鎂、銅、鋅、錳空心陰極燈（河北寧強光源廠）

DB-1型不銹鋼電熱板（江蘇金壇金城國勝實驗儀器廠）

試驗所用玻璃儀器均經HNO3∶H2O（2∶5,v/ v）浸泡12 h以上,取出后經去離子水洗凈,晾干,備用。

2.2 試劑

硝酸（優級純）（北京益利精細化學品有限公司）

高氯酸（優級純）（天津市鑫源化工廠）

去離子水（實驗室自制）

氬氣（純度99.8%）

鋇標準溶液（國家標準物質研究中心）

鍶標準溶液（國家標準物質研究中心）

錳標準溶液（國家標準物質研究中心）

2.3 樣品

本次試驗測定的樣品為2010年8月19日普蘭店中水水樣。

2.4 樣品的處理

精密吸取100m L水樣置于150 mL三角瓶中,加入0.5m L硝酸,置于熱板上110℃小火加熱,確保水樣不沸騰。蒸至30～40mL冷卻,定量轉移至100mL量瓶中,以0.5%硝酸定容。

3 試驗方法與結果

3.1 原子吸收測定條件

各元素的最佳儀器工作條件見表1。

3.2 標準工作曲線的繪制

將鋇、鍶、錳各元素的標準儲備液用0.5%硝酸逐級稀釋配制成一系列標準溶液,按表1中試驗條件對標準溶液進行測定,以吸光值對濃度進行回歸計算,結果各元素吸光值與濃度呈良好的線性關系,圖1為鋇元素標準工作曲線,圖2為鍶元素標準工作曲線,圖3為錳元素標準工作曲線。

表1 原子吸收儀器工作條件

3.3 儀器精密度試驗

取鋇、鍶、錳各元素標準溶液標準曲線中間濃度,連續測定6次,計算吸光度相對標準差（RSD）,結果分別為0.65%、0.68%、0.29%。表明儀器分析精密度良好。結果見表2。

表2 精密度試驗結果（n=6）

表3 水樣測定結果

3.4 樣品測定

按表1中儀器工作條件,對待測水樣進行測定,結果見表3。

4 分析討論

4.1 石墨爐條件的選擇

a.干燥溫度不宜過高,以免空白標準溶液、元素儲備液、待測樣品揮發過快,影響測量精度。

b.對于難原子化的元素可以設定斜坡加熱,使受熱更完全,利于原子化階段的升溫。

c.選擇合適原子化的最低溫度,延長石墨管的使用壽命,減少石墨管的損耗。

d.沖洗溫度至少比原子化溫度高100℃。

4.2 程序升溫、光學控溫

本試驗在消解過程中采用程序升溫,使樣品消解更完全,測定更準確。鋇元素屬于難原子化元素,將原子化溫度設定在2 600～2 700℃,采用光學控溫模式,測得的吸光值結果較大,且穩定。

4.3 石墨爐原子吸收法的優點

a.選擇性高、干擾少。分析不同元素需選擇不同的元素燈,共存元素對被測元素不產生干擾,一般不需要分離共存元素就可以進行測定。

b.靈敏度高,石墨爐原子吸收分光光度法可測到10-9g/m l數量級。

c.測定的范圍廣。可用來測定70多種元素,既可做痕量組分分析,又可做常量組分測定。

d.操作簡便,分析速度快,已在輕工、農藥、醫藥、食品及環境監測等方面得到廣泛應用。

4.4 石墨管的使用

實際測量過程中石墨爐的溫度平均達到2 500～3 000℃,對石墨管的損耗非常大。在測定鋇的試驗中,石墨爐的實際溫度可以達到3 000℃以上,因此要格外注意石墨管的狀態,當在測量的過程中發現吸光值的曲線波動很大,出現異常時,應立即停止試驗檢查石墨管是否燒斷。石墨管燒斷的危害巨大,斷裂的碎片殘留在石墨爐中會造成吸光值偏差,甚至可能燒壞石墨爐電源。發現石墨管斷裂后,應該將石墨管的碎片徹底清理干凈,更換新管。圖4為石墨管燒斷時吸光值曲線。

圖4 石墨管燒斷時的圖形

4.5 玻璃器皿的準備

玻璃對元素的標準儲備液有強的吸附作用。因此,試驗用的玻璃器皿應用去離子水沖洗干凈,自然晾干,經HNO3∶H2O（2∶5,v/v）浸泡12 h以上,取出后經去離子水洗凈、晾干、備用。

4.6 標準儲備液的存放

配制好的標準儲備液在聚四氟乙烯瓶中存放,同一元素同一濃度的儲備液應固定使用同一器皿,以減少誤差。

4.7 硝酸的使用

配置標準儲備液所用的硝酸對吸光值有一定影響。新的硝酸應該進行空白試驗,如果空白值過大應避免使用,更換硝酸。

5 結論

本試驗方法準確簡便,重現性良好,是研究水中微量金屬元素含量的有效方法,并且檢測成本相對較低,易于推廣。原子吸收法可以在分析火電機組給水、蒸汽中發揮作用。如檢測水中的微量元素,判斷熱力系統的腐蝕傾向,評價設備的健康狀態及所用工藝的合理程度。

[1] 李昌厚.原子吸收分光光度計儀器及應用[M].北京：科學出版社,2006.

[2] 劉玉申,尹 華,吳小來.原子吸收分光光度法中的干擾及消除[J].農業與技術,2010,（2）：49-51.