電感耦合等離子體發射光譜(ICP-OES)法同時測定礦泉水界限指標中的4種元素

謝永紅

(中國檢驗認證集團 山東檢測有限公司，山東 青島 266000)

前言

礦泉水是在地層深部循環形成的含有一定量礦物鹽、微量元素的地下水[1]。天然飲用礦泉水國家標準“GB 8537—2018”對礦泉水的7項界限指標作出了規定，要求市售礦泉水至少有一項指標符合規定，這7項界限指標包含鋰≥0.20 mg/L、鍶≥0.20 mg/L、鋅≥0.20 mg/L、偏硅酸(以H2SiO3計)≥25.0 mg/L。這四種礦物元素對人的身體發育都有一定的保健作用。鋰能夠促進人體骨骼發育和類骨質的形成，同時還對人體有生血刺激、改善造血功能的功效；鍶是人體必須的微量元素，在人體內有強壯骨骼、防治心血管疾病的功效；鋅與很多酶、核酸及蛋白質的合成密切相關，能夠影響細胞分裂、生長和再生，對于嬰兒、兒童和青少年鋅有重要的營養價值；礦泉水中硅以偏硅酸(H2SiO3)的形式存在，容易被人體吸收，硅能保護動脈結構的完整性，對主動脈有軟化作用，同時有助于骨質的鈣化，促進生長發育[2]。

在食品安全國家標準《飲用天然礦泉水檢驗方法》(GB 8538—2016)中，鋰、鍶、鋅采用火焰原子吸收光譜法或石墨爐原子吸收光譜法逐一測定[3]，偏硅酸采用分光光度法測定[4]，需要多臺儀器，多人測定，測定周期較長。本實驗利用電感耦合等離子體發射光譜(ICP-OES)法[5]快速、準確地同時檢測礦泉水中4種礦物元素，根據檢測結果對礦泉水品質鑒別具有重要的指導意義。

1 實驗部分

1.1 主要儀器

Agilent 5100型電感耦合等離子體發射光譜儀ICP-OES(美國安捷倫公司)，XS205型分析天平(瑞士梅特勒-托利多公司)，Barnstead Pacific-TII超純水系統(美國賽默飛世爾公司)。

1.2 主要試劑

硝酸(優級純，南京化學試劑有限公司)，鋰、鍶、鋅標準儲備溶液(1 000 mg/L，國標(北京)檢驗認證有限公司)，硅標準儲備溶液(1 000 mg/L，鋼研納克檢測技術有限公司)。

1.3 儀器條件

發射功率1.2 kW，霧化器流量0.70 L/min，等離子體流量12.0 L/min，輔助氣流量1.00 L/min，讀取次數3次，測量時間15 s，觀察方式軸向，觀察高度8 mm。

1.4 標準溶液配制

標準使用溶液：吸取單元素標準儲備溶液，用3%硝酸配制成鋰、鍶、鋅混合標準使用溶液，濃度均為10 mg/L；用3%硝酸配制成偏硅酸標準使用溶液，濃度為500 mg/L。

混合標準工作溶液：吸取混合標準使用溶液，用3%硝酸配制成標準工作系列。其中，鋰、鍶、鋅的標準工作曲線的濃度系列均為0、0.05、0.10、0.20、0.50、0.70 mg/L；偏硅酸的標準工作曲線的濃度系列為0、5.0、15.0 、25.0、40.0、50.0 mg/L。

1.5 樣品制備

購買市售的兩種礦泉水，分別取50 mL水樣于清潔試管中，加1.5 mL硝酸，搖勻，備測。

1.6 測定

開機，儀器需經氬氣吹掃數分鐘，各項指標都達到要求后進行等離子體點火，編輯測定方法，將標準系列、空白溶液、試樣溶液分別引入儀器進行測定，根據標準曲線測得樣品及添加實驗中各元素的濃度。

2 結果與討論

2.1 樣品配制酸度的選擇

實驗針對的樣品為礦泉水，水質清潔無污染，因此樣品在儀器測定之前無需進行消解過程，只需用硝酸進行酸化處理，選用處理后硝酸濃度分別為0.5%、3%、5%、8%的空白添加水樣進行測定，通過測定結果來選擇合適的酸濃度配制樣品。結果如表1所示，在0.5%的硝酸度下，四種元素的測定結果均偏低，可能由于酸濃度太低，響應不完全；在3%、5%、8%的酸濃度下，測定結果變化不大，表明三種酸濃度下均可滿足實驗要求，為了減少試劑用量和降低環境污染，實驗選用3%的酸濃度配制樣品。

表1 不同硝酸濃度下的測定結果

2.2 分析波長和檢出限

等離子體發射光譜儀對每種元素均給出多條特征譜線，綜合分析強度、干擾情況及穩定性，選擇干擾少、精密度高的分析譜線。檢出限的計算是重復測定空白溶液11次，計算出標準偏差(SD)，根據IUPAC規定，檢出限LOD = 3SD，各元素分析波長和檢出限見表2。

表2 各元素分析波長及檢出限

2.3 標準曲線

考慮天然礦泉水樣品中4種元素的含量情況，選取適當的線性范圍為標準曲線工作范圍，4種元素線性相關系數R和擬合方程見表3。由表3可見，4種元素標準曲線均具有很好的線性相關性(R≥0.999)。

表3 元素標準曲線方程及相關系數

2.4 樣品測定

在上述實驗條件下，對兩份市售天然飲用礦泉水水樣進行測定，結果見表4。由表4可知，1#礦泉水樣中鍶和偏硅酸達到了界限指標的要求，表明該水屬于鍶-偏硅酸型飲用天然礦泉水，可能取自深層花崗巖裂隙間。2#礦泉水樣的4種元素檢測值都低于界限指標，表明2#礦泉水樣既不屬于硅-鍶型礦泉水，也不屬于鋰-鋅型礦泉水。

表4 樣品中元素檢測結果

2.5 加標回收和精密度實驗

在1#礦泉水水樣中加入4種元素的標準溶液，測定樣品的加標回收率；加標溶液重復測定6次，計算各元素測定結果的相對標準偏差(RSD)，結果見表5。由表5可見，4種元素的加標回收率在83.0%～100%，表明測定的準確度較高；4種元素的相對標準偏差均低于5%，具有較高的精密度。

表5 樣品的加標回收率和精密度

3 結論

鋰、鍶、鋅和偏硅酸4種礦物質元素是礦泉水水質重要的評價指標，國家標準“GB 8537—2018”對礦泉水中這4種元素都有限量要求，本實驗利用電感耦合等離子體發射光譜法同時測定礦泉水中4種元素，避免了采用原子吸收光譜法、紫外可見分光光度法等多種儀器對每一種元素單獨測定，節約了大量的實驗時間，而且前處理只需要酸化處理，過程簡單，同時樣品的回收率結果表明在儀器測定過程中4種元素的譜線沒有相互干擾，實驗可行有效，可作為飲用天然礦泉水品質堅定和評估的方法依據。