恒溫蒸發-ICP-AES法測量地下水中痕量Pb、Cd

王 鵬,張春紅,方雅琴

(1 湖北省地質實驗測試中心, 湖北 武漢 430034;2 湖北省水文地質工程地質大隊, 湖北 武漢 430034;3 湖北省地質實驗測試中心, 湖北 武漢 430034)

水環境是人類生活基本要素之一，是人類生活的發展重要基本環境，地下水是水環境的重要組成部分，近年來，地下水中Pb、Cd超標的現象時有發生，Pb中毒、Cd中毒 等重金屬致胎兒畸形等事件屢有發生，嚴重影響著人民群眾的健康，因此實時監測地下水中重金屬元素 Pb、Cd含量十分必要，目前測定地下水中的痕Pb、Cd采用的是ICP-MS[1]，ICP-MS精確度高、檢出限低，但儀器對實驗室環境和設備要求很高，而且儀器價格昂貴，普通實驗室達不到條件，根據地下水監測網運行維護規范，Pb的檢出限要為2.0 μg/L，Cd的檢出限要求為0.2 μg/L， 而ICP-AES法達不到規范要求的檢出限，本研究采用恒溫蒸發法[2]，實驗了恒溫蒸發溫度和富集倍數，使Pb的檢出限達到2.0 μg/L，Cd的檢出限達到0.2 μg/L，既滿足分析需求[3]，控制了分析成本、節約了經濟投入。

1 實 驗

1.1 儀器與試劑

DGS-Ⅲ ICP-AES，武漢泰瑞分析儀器有限公司(儀器主要組成部分：進樣系統、高頻發生器、光學系統、檢測系統)；恒溫電熱板，上海出入境檢疫局。

氬氣(純度99.99% 以上)；硝酸(優級純)；超純水(電阻率不小18.2 MΩ·cm)； 混合標準儲備液(Pb、Cd 1000 mg/L)，國家有色金屬及電子材料分析測試中心)。

1.2 樣品采集

根據地下水監測網運行維護規范，采集原水樣品時采樣前應用所采樣品原水沖洗樣品瓶2～3次后取樣，樣品不添加任何保護劑并盡快密封低溫保存。分析Pb、Cd等需要介質保護的金屬元素樣品時，應先用1:1硝酸浸泡樣品瓶24 h，然后用純水沖洗樣品瓶3次；樣品采集前再用所采原水樣品沖洗樣品瓶2～3次(必要時需采用0.45 μm濾膜過濾水樣)，而后每100 mL水樣加入1:1優級純硝酸1 mL，使pH<2。

1.3 樣品處理

分別取50 mL樣品于50 mL高純石英平底燒瓶中，放置在控溫電熱板上恒溫加熱，加熱至燒杯中剩余至約5 mL許溶液，加入兩滴硝酸，定容測量。

1.4 標準溶液的配置

分別從標準溶液儲備液中移取不同體積標準溶液，用1%硝酸定容，配置濃度見表1。

表1 標準溶液系列 Table 1 Standard solution series(μg/L)

1.5 儀器協調

ICP點火后，儀器預熱穩定15 min后，用Pb、Cd 2.0 μg/mL 的標準溶液自動尋峰，并對儀器靈敏度，穩定性進行優化調整，儀器優化后參數如表2所示。

表2 儀器工作參數Table 2 Instrument operating parameters

2 結果與討論

2.1 元素的校準曲線、相關系數、檢出限[4]

表3 各元素的校準曲線、相關系數、檢出限Table 3 Calibration curve, correlation coefficient and detection limit of each element

用標準系列在儀器優化后繪制標準曲線，用1%的硝酸空白溶液連續測定10次，計算其標準偏差SD，檢出限=3×SD。各元素的校準曲線，相關系數及檢出限如表3所示，Pb、Cd相關系數r均大于0.999，靈敏度較高。

2.2 富集倍數的選擇[5]

在純水中加入加Pb 2 μg/L、Cd 0.2 μg/L，恒溫蒸發富集倍數分別為2倍、5倍、10倍、20倍，測量結果見表4。

表4 富集倍數測量結果Table 4 Enrichment multiple measurement results(μg/L)

結果表明富集倍數5倍時，回收率最佳，回收率Pb 96%、Cd 105%。

2.3 控溫溫度的選擇

在純水中加入加Pb 2.0 μg/L、Cd 0.2 μg/L，恒溫蒸發時分別控制溫度70、80、90、100、110 ℃，測量結果見表5。

結果表明溫度選擇90 ℃時，回收率最佳，回收率Pb 97%、Cd 98%。

2.4 方法準確度、精密度[6]

在純水中加入加Pb 2.0 μg/L、Cd 0.2 μg/L按照溫度控制90 ℃，富集5倍，平行測定 6 次，計算其精密度(RSD)，各元素的相對標準偏差見表6。

表6 準確度精密度Table 6 Precision of Accuracy(μg/L)

由表6可見各元素的相對誤差<3%，RSD<5%，準確度精密度良好符合地下水監測網運行維護規范標準要求。

2.4 討 論

本方法試驗了恒溫蒸發時分別控制溫度于70、80、90、100、110 ℃，其中溫度70、80、90 ℃時都能滿足回收率要求，但溫度低于90 ℃會延長樣品處理時間，導致工作效率下降，溫度高于90 ℃時溶液容易濺跳造成損失，導致回收率達不到要求。恒溫蒸發富集倍數分別為2倍、5倍、10倍、20倍，富集因子5倍時回收率最好，當溶液富集因子過大時誤差倍數越大且樣品處理時間更久，故本方法選擇富集因子5倍，控制溫度90 ℃時，精密度、回收率最好。

3 結 論

本研究優化ICP-AES的測量參數，選擇合適的譜線，建立了恒溫蒸發濃縮的處理方法解決ICP-AES測量痕量Pb、Cd靈敏度不夠的問題，在ICP-AES法測定地下水中Pb、Cd得到了良好的分析結果，線性相關系數(r)均大于0.999，儀器檢出限Pb 10.0 μg/L、Cd 1.0 μg/L，通過低溫蒸發濃縮處理的方法能把方法檢出限降低為 Pb 2.0 μg/L、Cd 0.2 μg/L，相對誤差<3%，相對標準偏差<5%，測量實際樣品的加標回收率93%-102%。均達到地下水監測網運行管理規范的質量管理要求。可廣泛用于環保領域地下水的Pb、Cd的分析檢測工作，既滿足測定需求，又節約了經濟投入。