ICP發射光譜和原子吸收光譜法測定水系沉積物中金屬元素

楊春濤+馬俊+吉正元+李國文+李志林+張薇+王蓉

摘要：采用微波消解前處理技術、結合等離子體發射光譜（ICP-AES） 或石墨爐原子吸收光譜法對水系沉積物中Pb、Cd、Cu、Zn、Cr、Mn、Co、V、B、Ba、Be、Mo、Ti和Ni 14種重金屬元素的含量進行了測定。以硝酸-雙氧水-氫氟酸混合酸溶解樣品，獲得了較為滿意的結果。各元素的方法檢出限在0.3～2.9 ng/g，沉積物樣中添加標準物質的回收率為89%～110%，精密度RSD<7%（n=6）。采用該方法對土壤標準樣品（GBW07304a）進行驗證，測定值均在保證值范圍內。該方法樣品處理程序簡單快速、線性范圍寬、分析重現性好、結果準確，適用于大批量水系沉積物樣品的分析。

關鍵詞：微波消解；電感耦合等離子體發射光譜法；石墨爐原子吸收光譜法；水系沉積物；重金屬元素

中圖分類號：O652.4

文獻標識碼：A 文章編號：1674-9944（2016）20-0104-03

1 引言

由于潛在的生物毒性和環境持久性，重金屬成為當前環境科學研究熱點之一[1]。重金屬作為典型的累積性污染物，通過生物富集和生物放大作用對生態環境構成潛在的威脅[2，3]。在地表水體中，重金屬會隨著地表徑流遷移、沉降，逐步轉移至沉積物中，并可能在一定環境條件下釋放到水體中，形成二次污染，造成環境危害和生態風險[4，5]。水系沉積物中重金屬的含量分布作為水體環境評價中的一個重要指標，可以反映所在流域常年的污染狀況、污染特征和潛在風險，也可追蹤可能的重金屬污染源，評價人為活動對河流污染物的貢獻大小。因而研究與評價河流、湖泊沉積物中的重金屬含量具有非常重要的現實意義[6]。

目前，測定沉積物中重金屬元素的方法很多，除常規的化學分析法，如重量法、比色法、容量法、X射線熒光光譜法等多種方法外，電感耦合等離子體原子發射光譜法 （ICP-AES）逐漸成為實驗室中不可缺少的常規分析手段及標準分析方法，已得到了廣泛的應用，該方法具有靈敏度高、檢出限低、多元素檢測、線性范圍寬、低干擾水平等突出優點[6，7]。石墨爐原子吸收光譜法具有靈敏度高、選擇性強、分析范圍廣、抗干擾能力強和精密度高等優點。

是否能夠準確測定沉積物樣品中的重金屬含量，消解是一個重要環節，消解方法有微波消解、電熱板加熱消解、電熔融和干式灰化等。其中微波消解樣品克服了傳統樣品處理方法的缺點，具有溶樣時間短、試劑用量少、交叉污染小、節能及節省化學試劑、易于實現自動操作、同時可減少常規消解酸霧對環境的污染，避免易揮發痕量元素的損失等優點，是一種革新的樣品前處理技術[8，9]。

選取玉溪市某水系沉積物實樣，采用微波消解法進行前處理，使用電感耦合等離子體原子發射光譜法（ICP-AES）和石墨爐原子吸收光譜法聯合測定Pb、Cd、Cu、Zn、Cr、Mn、Ni、Co、V、B、Ba、Be、Mo、Ti 14種金屬元素的含量，并對測定方法的精密度、檢出限及準確度進行了研究。

2 試驗與方法

2.1 儀器與試劑

儀器：Optima 8300電感耦合等離子體發射光譜儀（美國PE公司）；石墨爐原子吸收光譜儀（美國熱電公司）；高壓微波消解儀（奧地利安東帕公司）；優普系超純水機（成都超純科技有限公司）；趕酸電熱消解器（美國萊伯泰科有限公司）。

試劑：硝酸（HNO3）、雙氧水（H2O2）、氫氟酸（HF）、高氯酸（HClO4）為優級純；實驗用水均為超純水（電阻率>18.25MΩ·CM）。

質控樣品：土壤國家標準物質GBW07304a一份。

2.2 標準溶液配制

Pb、Cd分別配制為單標溶液，其他元素配制成混合標準溶液系列，介質為1%的硝酸溶液。各元素濃度見表1。

2.3 樣品處理

準確稱取0.2 g（精確至0.0001 g）樣品，小心放入聚四氟乙烯消解內罐中，用少量水潤濕，加入6 mL硝酸、2 mL雙氧水、2 mL氫氟酸，混勻，靜置，待溶液中沒有氣泡冒出時蓋好消解罐蓋子，旋緊外套，裝配好支架，放在樣品轉盤上（將溫度傳感器插入主控罐中，按表2設定升溫程序消解樣品）消解完成待自然冷卻，取出消解罐，在通風櫥內慢慢松開蓋子上的排氣螺帽，釋放罐內氣體，用水沖洗蓋子，加入2 mL高氯酸，在趕酸儀上140 ℃加熱10 min、180 ℃加熱10 min、210 ℃加熱至近干，稍冷，加入15 mL去離子水，加熱，重復3次。轉移溶液至50 mL容量瓶中，用去離子水定容（同時做試劑空白），在選定的儀器工作條件下測定各元素含量。

3.1 儀器工作條件

ICP光譜儀，射頻功率1300 W，等離子氣流量15 L/min，輔助氣流0.2 L/min，霧化氣流量0.55 L/min，水平軸向15 mm觀測，試樣流量1.5 mL/min。

Pb、Cd、Cu、Zn、Cr、Mn、Ni、Co、V、B、Ba、Be、Mo、Ti測定波長分別為283.3、228.8、324.8、213.9、267.7、257.6、231.6、228.6、292.4、249.8、455.4、313.0、202.0、334.9。

3.2 標準曲線及檢出限

取配制好的混合標準溶液系列，在儀器工作條件下進行測定并繪制標準曲線。對1%HNO3空白溶液分別進行11次連續測定，以定容體積100 mL，稱樣量0.2 g計，取其標準偏差的3倍作為各元素的檢出限，其線性回歸方程、相關系數及檢出限見表3。

3.3 法準確度和精密度

按照所建立的實驗方法對土壤標準樣品（GBW07304a）進行溶樣并平行測定10次，分別進行準確度與精密度試驗，結果見表4。由表4可知，本方法的測定結果與標準值基本一致，說明該方法測定結果準確可靠。方法精密度（RSD，n=10）<10%。

3.4 實際水系沉積物樣品分析

利用建立的檢測方法對玉溪市某水系沉積物樣品進行6次平行測定，同時進行樣品的加標試驗，測定加標回收率，以保證檢測的準確性。從表5可以看出，各元素的RSD均<7%，加標回收率在89%～110%，結果準確可靠。

4 結語

實驗結果表明，選用HNO3-H2O2-HF體系微波消解水系沉積物是一種高效的樣品處理方法，建立的電感耦合等離子體光譜（ICP）和石墨爐原子吸收光譜法聯合測定14種金屬元素，其線性關系、準確度、精密度、檢出限及回收率均滿足監測分析要求，并且高效、快速，可用于大量樣品的多元素同時測定。用該方法對水系沉積物中金屬元素進行測定，證明了本方法的可行性。

參考文獻：

[1]賈 英， 方 明， 吳友軍，等. 上海河流沉積物重金屬的污染特征與潛在生態風險[J]. 中國環境科學， 2013， 33（1）：147～153.

[2]張 芬， 楊長明， 潘睿捷. 青山水庫表層沉積物重金屬污染特征及生態風險評價[J]. 應用生態學報， 2013， 24（9）：2625～2630.

[3]毛志剛， 谷孝鴻， 陸小明，等. 太湖東部不同類型湖區疏浚后沉積物重金屬污染及潛在生態風險評價[J]. 環境科學， 2014， 35（1）：186～193.

[4]劉 成， 邵世光， 范成新，等. 巢湖重污染匯流灣區沉積物重金屬污染特征及風險評價[J]. 中國環境科學， 2014， 34（4）：1031～1037.

[5]王 嵐， 王亞平， 許春雪，等. 長江水系表層沉積物重金屬污染特征及生態風險性評價[J]. 環境科學， 2012， 33（8）：2599～2606.

[6]洪 欣， 蘇 榮， 王曉飛，等. ICP-AES在沉積物重金屬分析中的應用研究進展[J]. 農村經濟與科技， 2014（8）：22～23.

[7]郭麗萍， 唐 娟. 微波消解-電感耦合等離子體發射光譜法測定茶葉中的微量元素[J]. 食品科技， 2013（5）：303～307.

[8]陳永欣， 黎香榮， 韋新紅，等. 微波消解-電感耦合等離子體質譜法測定土壤和沉積物中痕量稀土元素[J]. 巖礦測試， 2011， 30（5）：560～565.

[9]張 磊， 王曉艷， 李 波. 微波消解技術在金屬分析中的應用[J]. 光譜實驗室， 2010， 27（3）：953～957.