電感耦合等離子體原子發射光譜法測定海水中的21種元素

韋 業

（北海市環境監測中心站，北海536000）

電感耦合等離子體原子發射光譜法測定海水中的21種元素

韋 業

（北海市環境監測中心站，北海536000）

在海水中21種元素測定中，傳統分析方法操作過程繁瑣、分析周期長、勞動強度大，分析結果受分析人員及各種試劑因素影響較大。本實驗建立了電感耦合等離子體原子發射光譜法（ICP－OES）測定海水中Al、As、Ag、Ba、Bi、Ca、Cd、Cr、Co、Cu、Fe、K、Li、Mg、Mn、Ni、Pb、Se、Sr、V、Zn共21種元素含量的方法。實驗表明，方法線性范圍廣，標準曲線相關系數達0.9990以上。該法具有前處理簡單、分析效率高、準確性高、穩定性好等優點，可以為海水ICP分析方法提供參考依據

電感耦合等離子體原子發射光譜法 海水 多種元素

海水水質是備受人們關注的問題，我國現行的《海水水質標準》涉及10個重金屬指標。隨著工業發展，環境污染日益嚴重，海水遭受污染已不可避免。雖然國家海水質量涉及金屬指標僅為10項，但是不代表其他污染指標就不存在或者不重要，比如鐵、錳、鈷、釩等，在國家《地下水環境質量標準》都有相應的標準。目前分析海水重金屬元素的國家分析方法，一般為有機溶劑萃取后用原子吸收分光光度法進行測定［1］，不僅操作過程麻煩、分析效率低，且所使用的有機溶劑對人體有害。原子發射光譜是光譜分析法中發展比較早的一種方法，經過100多年的發展，光譜分析技術日益成熟。近年來隨著CCD檢測器件的適用，等離子體發射光譜同時分析多種元素的能力大大提高，在各個領用都得到了應用。等離子體發射光譜法具有效率高、準確性高、干擾少的優點，因此該法在分析各種元素上有著廣闊的應用前景。但是海水因其高鹽分的存在，會導致噴孔堵塞，一般的等離子體發射光譜儀無法直接分析，是使用該方法分析海水的障礙之一。研究一種適合于直接分析海水重金屬的等離子體發射光譜法具有十分重要的意義。Perkin－Elmer公司生產的電感耦合等離子體發射光譜儀具有耐氫氟酸、耐高鹽的特點，可以同時測定幾十種金屬元素。

1 實驗部分

1.1 儀器

電感耦合等離子體發射光譜儀（PE，optima 8000）配高鹽進樣系統。

1.2 實驗材料及試劑

等離子發射光譜分析混合離子標準物質50mL 1支（批號201406濃度100mg／L，元素為Al、As、Ag、Ba、Bi、Ca、Cd、Cr、Co、Cu、Fe、K、Li、Mg、Mn、Na、Ni、Pb、Se、Sr、V、Zn，上海市計量測試技術研究院）；硝酸（優級純，北京化工廠，批號20130905）；氯化鈉（分析純，國藥集團化學試劑有限公司，批號F20090209）；海水水樣2份（采自北海市近岸海域）。

1.3 配置人工海水基體

在1L超純水中加入氯化鈉33g，溶解搖勻。

1.4 配置標準曲線溶液

將等離子發射光譜分析混合離子標準物質分別配置成0.00、0.050、0.500 1.00、2.00和5.00 mg／L，用人工海水基體溶液定容，做成系列標準溶液，待分析。

1.5 水樣預處理

將水樣用0.45μm的水系濾膜過濾，待分析。

1.6 儀器工作條件設置

打開載氣，進入操作軟件新建方法文件，儀器條件如下：

光譜儀

吹掃氣流：正常；讀數時間（s）：自動；延遲時間（s）：20；重復次數：1次。

取樣器

等離子體氣流量（L／min）：12；輔助氣流量（L／min）：0.2；功率（W）：1300；觀測距離（mm）：15.0。

建好方法文件后，即可進行樣品分析。

2 結果與討論

2.1 元素分析波長的選擇及工作曲線的繪制

電感耦合等離子體原子發射光譜法對每種元素的分析都有可以選擇多條特征譜線同時測定，在軟件中建立方法時只要輸入元素化學符號，系統自動推薦該元素的分析譜線，在儀器條件設置中選擇。進樣完成后儀器自動將譜線強度測定值，減去試劑空白，得出分析物質的標準曲線，計算相關系數，結果見表1。

表1 各元素分析譜線波長和工作曲線

從表1中可以看出，被分析的21種元素標準曲線相關系數都為0.999以上，滿足實驗要求。

2.2 樣品測定

在同等實驗條件下，繪制完標準曲線后，將過濾后的海水樣品一份為二，將一份樣品稀釋10倍后上機分析，測定高濃度元素；另一份樣品，對高濃度元素，設置儀器禁止采樣后，直接進樣分析低濃度元素。任選一份海水做平行樣同時分析，作為質控手段，分析結果見表2。

表2 海水中21種元素的實際含量 mg／L

從表2中可以看出，海水中各種元素濃度相差高達24萬倍左右，含量比較高的元素有鎂、鉀、鈣。稀釋10倍后的海水與原水樣直接分析出的低濃度元素水平基本相當，未檢出的元素稀釋水樣與原水樣沒有區別，所有元素分析平行性均較好。

2.3 最低檢出限實驗

以人工海水作空白，重復測定7次，以其標準偏差的3.143倍計算檢出限［2］，經計算21種元素的方法檢出限為0.003mg／L～0.009mg／L，滿足實驗要求。

2.4 討論

關于進樣問題。海水中各種元素含量水平相差極大，有些元素如鎂、鉀、鈣元素高達上1000×10－6，而有些元素含量又很低，低于檢出限以下（10－9級別以下），分析時如何兩頭兼顧？一是可以將標準曲線最高點適當提高到幾十個×10－6，二是將樣品進行適當倍數稀釋后進行分析，確定出高濃度元素后，在軟件方法設置中對高濃度元素禁止采樣，再用原水樣分析低濃度元素?？梢宰龅礁叩蜐舛韧瑫r兼顧。

關于元素分析的靈敏性問題。從表1數據可以看出，被分析的21種元素標準曲線的斜率均不相同，甚至相差還很大，斜率最大者是斜率最小者的22312倍。斜率越大表明該元素越靈敏。靈敏性順序為：Li＞Sr＞Ag＞Ca＞Mg＞Ba＞K＞Fe＞Cr＞Cd＞Mn＞Co＞Ni＞Zn＞Cu＞V＞Pb＞Bi＞Al＞As＞Se?？傮w上堿金屬靈敏度最高，而非金屬元素As、Se靈敏度最差。因此用該法分析非金屬元素有待進一步研究。

關于線性范圍問題。從實驗看出，海水金屬元素含量較高，對這些高濃度元素必須稀釋數十倍才能控制在標準曲線最高點以內。ICP－OES方法有一個優點是值得肯定的，曲線的線性范圍特別寬，標準曲線最低點可以做到幾個×10－9，而最高點可以做到上百個×10－6，線性仍非常好。這就既有利于分析低濃度樣品，也能分析高濃度樣品，對特別高濃度樣品不需要稀釋太多的倍數，大大降低了稀釋引起的誤差。

3 結論

通過實驗建立了ICP－OES法測定海水中的多種元素的方法，與傳統分析方法相比，該法具有前處理簡單、分析效率高、準確性高、穩定性好、線性范圍寬、儀器耗氣量低等優點，可以為海水ICP分析方法提供參考依據。

［1］中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局 中國國家標準化管理委員會 .《中華人民共和國國家標準海洋監測規范第4部分：海水分析GB17378.4－2007》［M］.北京：中國標準出版社，2008：10－11.

［2］國家環境保護總局 水和廢水監測分析方法編委會.《水和廢水監測分析方法》（4版）［M］.北京：中國環境科學出版社，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

韋業，男，1981年生，碩士研究生學歷，工程師，主要從事環境監測工作。