微波等離子體炬原子發(fā)射光譜法測定地下水中的鉛、鉻、鎘

蒲 濤 猛（開魯縣環(huán)境監(jiān)測站，內(nèi)蒙古 通遼 028400）

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微波等離子體炬原子發(fā)射光譜法
測定地下水中的鉛、鉻、鎘

蒲 濤 猛
（開魯縣環(huán)境監(jiān)測站，內(nèi)蒙古 通遼 028400）

摘要：采用微波消解微波等離子體炬原子發(fā)射光譜法（MPT-AES）檢測地下水中的鉛、鉻、鎘含量，對分析譜線、酸效應(yīng)、共存離子干擾等對發(fā)射強度的影響進行了詳細研究，確定了最佳檢測條件。在最佳檢測條件下，測得鉛、鉻、鎘的工作曲線相關(guān)系數(shù)均大于0.999 5，方法檢出限分別為4.18、4.37、3.28 μg·L-1，相對標準偏差（RSD）均小于 2.54%，結(jié)果表明所測地下水中鉛、鉻、鎘含量均符合國家標準，鉛、鉻、鎘的加標回收率分別為95.6%～102.3%、95.4%～103.5%、94.7%～104.1%。

關(guān)鍵詞：微波等離子體炬原子發(fā)射光譜法；地下水；鉛；鉻；鎘

地下水是開魯?shù)貐^(qū)可利用的主要水資源，是城市供水和工農(nóng)業(yè)用水的主要來源，其對農(nóng)業(yè)、工業(yè)及城鎮(zhèn)持續(xù)發(fā)展起著至關(guān)重要的作用［1］。隨著工農(nóng)業(yè)快速發(fā)展，城市人口不斷增加，大量的城鎮(zhèn)生活垃圾、工業(yè)廢氣廢水、農(nóng)藥化肥產(chǎn)生的有害物質(zhì)釋放到環(huán)境中，這些有害物質(zhì)經(jīng)過多種形式滲透到地下水層中，進而污染地下水［2］。污染的地下水又會再次污染人、土壤、農(nóng)作物，產(chǎn)生嚴重危害［3］。

鉛、鉻、鎘是環(huán)境當中常見的重金屬，具有難降解、易積累、高穩(wěn)定性和毒性大等特點［4］。地下水中的鉛、鉻、鎘一般采用傳統(tǒng)方式消解的前處理和原子吸收光譜法檢測，費時費力易產(chǎn)生樣品中元素損失，不能多元素同時分析，對于某些基體復(fù)雜的樣品分析，尚存某些干擾問題需要解決，標準工作曲線的線性范圍窄［5，6］。經(jīng)微波消解后，采用微波等離子體炬原子發(fā)射光譜法分析開魯?shù)貐^(qū)地下水的鉛、鉻、鎘，并通過精密度和加標回收實驗有效的保證該實驗方法準確可靠。

1　實驗部分

1.1試劑與主要儀器

試劑：鉛、鉻、鎘標準儲備液均為1 g·L-1，濃硝酸（GR），二次去離子水，地下水樣品。

儀器：1020型微波等離子體炬原子發(fā)射光譜儀（MPT）（長春吉大小天鵝儀器有限公司），CEM微波消解儀（美國CEM）。

實驗中所用器皿均在（1+1）硝酸溶液浸泡4 h，并且用二次水洗滌，烘干后保存在干燥器中備用。

1.2微波等離子體炬光譜儀工作參數(shù)

考察鉛、鉻、鎘的最佳元素分析譜線、等離子體炬微波功率、載氣流速、工作氣流速、負高壓對信號強度的影響，獲得最適合的儀器工作參數(shù)，如表1所示。

1.3微波消解工作參數(shù)

根據(jù)儀器自帶軟件提供的參考條件，經(jīng)過多次實驗，確定了能將水樣完全消解的最合適工作參數(shù)，見表2。

表1　 MPT-AES工作參數(shù)Table 1　MPT-AES working parameters

表2　 微波消解工作參數(shù)Table 2　Microwave working parameters

1.4實驗方法

1.4.1樣品前處理

用大肚移液管量取地下水樣2 mL，放入消解罐中，加入3 mL濃硝酸，放入微波消解儀中，按最合適工作參數(shù)消解地下水樣。完全消解后，冷卻地下水樣至室溫，將其轉(zhuǎn)移至燒杯中，并用二次水洗滌3次，一并轉(zhuǎn)移到燒杯中，在通風廚中保持消解液處于微沸狀態(tài)趕酸，至燒杯中剩余1～2 mL時，停止趕酸，冷卻至室溫，轉(zhuǎn)移至50 mL容量瓶中，用去離子水定容，搖勻備用。

1.4.2樣品檢測

打開冷凝水浴箱，加入冰塊，待水溫降到8 ℃，開啟MPT-AES電腦程序，配置各個元素工作參數(shù)，打開儀器電源升溫20 min，連接載氣和工作氣，等待儀器3 min后點火，系統(tǒng)定位，負高壓校準，選定分析譜線、酸效應(yīng)、共存離子干擾等對發(fā)射強度影響較小的條件下檢測。最終由儀器控制程序運算出信號強度、方法檢出限、精密度和樣品濃度。

2　結(jié)果與討論

2.1MPT-AES工作參數(shù)的選擇

2.1.1分析線

配制鉛、鉻、鎘標準溶液濃度各為 3 mg·L-1，分別進樣，在其他參數(shù)不變的情況下，由儀器自動掃描波長，選擇波峰峰值較高、波形較好的譜線作為最佳分析線，分別為：405.78，357.87，228.80 nm。

2.1.2微波前向功率

當儀器功率增大時，信號強度也逐漸增強，但是儀器自身功率有一定的限度，太大時不穩(wěn)定，并且信號強度增加幅度不大，綜合考慮儀器的操作因素，選擇前向功率為80 W。

2.1.3載氣流量

當載氣流量的逐漸增加時，各元素的信號強度呈先增后減的趨勢，本實驗考慮到既能獲得最大發(fā)射強度及儀器的穩(wěn)定性，因而選擇鉛、鉻、鎘的載氣流量分別為0.7、0.7、0.6 L·min-1。

2.1.4工作氣流量

工作氣流量對各元素的信號強度的影響趨勢也是先增后減，工作氣流量較小時，等離子體中混有空氣，干擾儀器的正常工作。工作氣流量較大時，各元素在等離子體中停留時間過短，電離不完全，信號強度小。選擇鉛、鉻、鎘的工作氣流量分別為0.5、0.5、0.5 L·min-1。

2.2干擾的考察

2.2.1酸效應(yīng)

一定濃度的酸影響鉛、鉻、鎘的測定結(jié)果，但在消解液趕酸后，剩余的殘留酸濃度很低，對測定結(jié)果不影響。

2.2.2共存離子

易電離離子對測定結(jié)果的影響較大，自由電子影響待測元素在氬氣中的電離情況。實驗表明鈉、鎂、鈣對鉛、鉻、鎘的信號強度有一定的影響，本實驗采用標準加入法來消除干擾。

2.3線性范圍、檢出限

將標準工作溶液按儀器最適合參數(shù)進行測定，由低濃度到高濃度依次進樣，給出工作曲線，如表3所示，鉛、鉻、鎘工作曲線的相關(guān)系數(shù)達到要求。

表3　線性范圍及檢出限Table 3　Linearity range & detection limit

2.4精密度

某一標準工作溶液連續(xù)檢測5次，以驗證儀器及實驗室環(huán)境對測定結(jié)果的重現(xiàn)性，測得相對標準偏差如表4所示。

2.5樣品的檢測和加標回收率

采樣于不同地點的地下水經(jīng)消解后，分別測定其中鉛、鉻、鎘的含量，并計算加標回收率（表5）。

表4　精密度實驗結(jié)果 （n=5）Table 4　The result of the precision test （n=5）

表5　地下水中微量元素的測定結(jié)果（x±s，n=7）Table 5　The test results of trace elements in cacao powder （x±s，n=7）

對地下水中鉛、鉻、鎘的含量進行t檢驗法統(tǒng)計比較（置信度P=95%，t0.953=3.182）［7］。對比3個來自不同地點地下水，鉛、鉻、鎘的含量無較大波動（t計＜t0.953），并且符合我國的地下水重金屬限量標準。

3　結(jié) 論

（1）根據(jù)測定結(jié)果分析，MPT-AES法測定地下水中的重金屬元素，可以縮短檢測時間，方法的檢出限和準確性好，檢測結(jié)果的精密度和加標回收率良好，為地下水樣中重金屬含量監(jiān)測提供參考方法。

（2）微波消解比常規(guī)消解顯著縮短消解時間，密閉消解比常規(guī)消解排放到環(huán)境中的酸霧較少，減少對實驗人員的危害，并降低勞動強度，提高工作效率。

參考文獻：

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［4］孫義，曾玉香.地下水氟含量測定和研究情感因素的決心［J］.廣西科學，2013，20（2）∶ 162-164.

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［7］蒲濤猛，張金生，李麗華.微波等離子體炬原子發(fā)射光譜法測定可可粉中的鉛、鉻、鎘［J］.分析科學學報，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

中圖分類號：O 657

文獻標識碼：A

文章編號：1671-0460（2016）01-0198-03

收稿日期：2015-09-21

作者簡介：蒲濤猛（1985-），男，內(nèi)蒙古通遼市開魯縣人，碩士，2013年畢業(yè)于沈陽化工大學分析化學專業(yè)，研究方向：現(xiàn)代分離與分析方法，從事環(huán)境監(jiān)測工作。E-mail：putaomeng@163.com。