水中重金屬測(cè)定中原子吸收分光光度計(jì)的應(yīng)用

劉文水

（廣東源創(chuàng)檢測(cè)技術(shù)有限公司，廣東 廣州 511300）

水是生命的源泉，是生物生存的必要條件之一。水質(zhì)量的優(yōu)劣對(duì)生物的生存及發(fā)展具有直接影響。在現(xiàn)階段，快速發(fā)展的社會(huì)經(jīng)濟(jì)加劇了環(huán)境污染問題，尤其是對(duì)水環(huán)境造成的污染更加嚴(yán)重，水體環(huán)境中重金屬含量超標(biāo)的問題屢見不鮮。在這些重金屬污染中，鎘會(huì)毒害人體的肝臟、腎臟；鉛會(huì)降低人體蛋白酶的含量，從而造成人體免疫系統(tǒng)失調(diào)的問題，甚至也會(huì)毒害人體的腎臟；銅會(huì)抑制人體內(nèi)細(xì)胞酶的活性，一旦人體攝入的銅過多就會(huì)出現(xiàn)銅中毒的情況；而如果鋅的攝入超標(biāo)，且在人體內(nèi)的蓄積量一旦過多，就會(huì)導(dǎo)致人們出現(xiàn)發(fā)熱、惡心、吐瀉等癥狀，甚至?xí)鸺毙阅I功能衰竭。因此，需要對(duì)水中重金屬的含量進(jìn)行測(cè)定。在測(cè)定水中的重金屬含量時(shí)，經(jīng)常使用原子吸收光譜法，該方法具有速度快、準(zhǔn)確度高等特點(diǎn)，與測(cè)定微量元素的要求相符合。所以，本文以水樣中鎘、鉛、銅、鋅為對(duì)象，引入原子吸收分光光度計(jì)展開測(cè)定，通過火焰原子吸收光譜法的應(yīng)用對(duì)銅、鋅進(jìn)行測(cè)定，并結(jié)合石墨爐原子吸收光譜法對(duì)鎘、鉛展開測(cè)定。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果得知，采取該方法測(cè)定水中重金屬時(shí)，具有較好的精密度和重現(xiàn)性，且能夠獲得較高的回收率，整體應(yīng)用效果顯著，值得推廣應(yīng)用。

1 材料與方法

1.1 儀器與試劑

儀器：火焰原子吸收分光光度計(jì)；石墨爐原子吸收分光光度計(jì)；Cu、Zn、Pb、Cd及空心陰極燈；控溫電熱板。

試劑：優(yōu)級(jí)純硝酸，優(yōu)級(jí)純高氯酸；標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液：1000 μg/mL的Cd、Pb、Cu、Zn。

1.2 儀器工作條件

本試驗(yàn)中，儀器工作條件均為：Cu、Zn、Pb、Cd的波長(zhǎng)依次為324.7 nm、213.9 nm、279.5 nm、228.8 nm，燈電流依次為3.0 mA、2.0 mA、2.0 mA、3.0 mA；燃燒頭高度依次為7.0 mm、7.0 mm、7.0 mm、6.0 mm；光譜通帶依次為0.7 mm、0.7 mm、0.7 mm、0.2 mm；流量依次為1.8 L/min、2.0 L/ min、2.0 L/ min、1.5 L/min；壓力均為0.09 MPa；空氣流量均為15 L/ min。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 配制標(biāo)準(zhǔn)溶液

配制Cu、Zn標(biāo)準(zhǔn)溶液：引入逐級(jí)稀釋方法，用1000 μg/ mL的Cu和Zn標(biāo)準(zhǔn)溶液，配制Cu和Zn標(biāo)準(zhǔn)曲線，曲線中質(zhì)量濃度分別含0.00 mg/L、0.10 mg/L、0.25 mg/L、0.50 mg/ L、1.00 mg/L的Cu與0.00 mg/L、0.02 mg/L、0.05 mg/L、0.10 mg/L、0.20 mg/L的Zn。

配制Pb標(biāo)準(zhǔn)溶液：引入逐級(jí)稀釋方法，用1000 μg/mL的Pb標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液進(jìn)行20 μg/L的Pb標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制。

配制Cd標(biāo)準(zhǔn)溶液：引入逐級(jí)稀釋方法，用1000 μg/mL的Cd標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液進(jìn)行1 μg/L的Cd標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制。

1.3.2 水樣樣品保存與預(yù)處理

提前用洗滌劑洗滌聚乙烯樣品瓶（1000 mL），并用清水清洗，接下來浸泡在1：5的硝酸溶液內(nèi)，持續(xù)浸泡48 h以上，最后選擇超純水沖洗，置于自然環(huán)境中晾干。采集的環(huán)境水樣品用備好的聚乙烯樣品瓶裝置，待用。

在處理樣品時(shí)，需以具體的樣品為對(duì)象選擇適宜的方式展開處理，具體為：水樣如果為透明或不存在沉淀，可直接放入儀器內(nèi)開始測(cè)定；水樣中若有泥沙存在，需維持適當(dāng)?shù)某恋頃r(shí)間，吸取上部清液并消解離心沉淀；需完全消解樣品中的固體物，避免霧化氣內(nèi)進(jìn)入微小顆粒；樣品若為油性，應(yīng)采取浸提法消解，以免撞擊球上粘連油脂導(dǎo)致霧化效果受影響或毛細(xì)管被堵塞[1]。采集完水樣后，引入硝酸法消化處理樣品，每1000 mL水樣添加10 mL硝酸，充分搖勻。經(jīng)硝酸化處理后存儲(chǔ)，確保水樣溶液的pH值保持穩(wěn)定。測(cè)定完樣品后，可采取熱水進(jìn)樣的方式將霧化氣內(nèi)的油脂徹底清除。

1.3.3 試樣制備

分別取處理后的水樣50 mL移至250 mL的錐形瓶?jī)?nèi)，加入5 mL硝酸后，移至控溫電熱板蒸至10 mL左右，再加入5 mL硝酸和2 mL高氯酸，繼續(xù)加熱至1 mL左右取下，待溫度冷卻至室溫后，向50 mL容量瓶轉(zhuǎn)移，添加純水定容至刻度線。

1.4 試樣測(cè)定

選擇石墨爐原子吸收分光光度法測(cè)定Pb、Cd樣品，用儀器自帶的自動(dòng)稀釋功能處理20 μg/L的Pb標(biāo)準(zhǔn)溶液，獲取分別為0.00 μg/L、2.50 μg/L、5.00 μg/L、10.0 μg/L、20.0 μg/L濃度的標(biāo)準(zhǔn)曲線系列，以同樣的方法處理1 μg/L的Cd標(biāo)準(zhǔn)溶液，獲取分別為0.00 μg/L、0.25 μg/L、0.50 μg/L、0.75 μg/ L、1.0 μg/L濃度的標(biāo)準(zhǔn)曲線系列[2]。用原子吸收法測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)溶液，獲取各自波長(zhǎng)下的吸光度，完成標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制[3]。同時(shí)，測(cè)定樣品和空白值，通過線性方程的代入展開計(jì)算，從而完成水樣濃度值的計(jì)算。

選擇火焰原子吸收分光光度法測(cè)定Cu和Zn，用原子吸收法測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)溶液，獲取各自波長(zhǎng)下的吸光度，完成標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制。同時(shí)，測(cè)定樣品和空白值，通過線性方程的代入展開計(jì)算，從而完成水樣濃度值的計(jì)算。

2 結(jié)果與分析

2.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線

表1呈現(xiàn)了四種標(biāo)準(zhǔn)溶液測(cè)定后的標(biāo)準(zhǔn)曲線結(jié)果及線性關(guān)系。

表1 標(biāo)準(zhǔn)曲線測(cè)定結(jié)果及線性關(guān)系

2.2 方法精密度

表2為石墨爐原子吸收光譜法精密度測(cè)定結(jié)果，表3為火焰原子吸收光譜法精密度測(cè)定結(jié)果。根據(jù)表2、表3數(shù)據(jù)不難發(fā)現(xiàn)，Pb、Cd及Cu與Zn混合樣品的變異系數(shù)均處于2.5%以下，表明該方法具備較好的精密度和重現(xiàn)性。

表2 石墨爐原子吸收光譜法精密度測(cè)定結(jié)果

表3 火焰原子吸收光譜法精密度測(cè)定結(jié)果

2.3 加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)率

表4為Cd、Pb加標(biāo)回收試驗(yàn)結(jié)果，表5為Cu、Zn加標(biāo)回收試驗(yàn)結(jié)果。根據(jù)表4、表5數(shù)據(jù)不難發(fā)現(xiàn)，Pb、Cd及Cu與Zn混合樣品的加標(biāo)回收率處于99.79%～99.98%范圍內(nèi)，表明該方法具備較高的準(zhǔn)確度，適用于水樣中重金屬的測(cè)定。

表4 Cd、Pb加標(biāo)回收試驗(yàn)結(jié)果

表5 Cu、Zn加標(biāo)回收試驗(yàn)結(jié)果

3 討論

3.1 共存離子干擾

水樣中可能會(huì)有一系列元素存在，因此本文在試驗(yàn)前考察了幾種共存元素可能帶給測(cè)定的影響，在不超過5%的相對(duì)誤差前提下，允許共存元素的濃度為：Fe：400 μg/mL；Mg：800 μg/mL；Ca：1200 μg/mL；Na：1200 μg/mL；K：1250 μg/ mL。

3.2 儀器參數(shù)優(yōu)化

一是空壓機(jī)出口壓力。合理控制空壓機(jī)出口壓力至關(guān)重要，通常情況下應(yīng)以0.20～0.30 MPa的范圍加以控制，當(dāng)涉及具體某個(gè)金屬元素的需要時(shí)，空壓機(jī)出口壓力的調(diào)整需要參考乙炔的氣流量，以便最終確定的出口壓力科學(xué)合理[4]。二是乙炔氣流量。通常情況下，空氣-乙炔火焰有貧燃火焰、富燃火焰和化學(xué)計(jì)量火焰三種類型。具體試驗(yàn)中需以待測(cè)元素為對(duì)象合理進(jìn)行火焰類型的選擇。對(duì)Cr等難離解、易形成氮氧化物的元素進(jìn)行分析時(shí)通常選擇福燃火焰，對(duì)K、Na、Pb、Cu等易原子化的元素進(jìn)行分析時(shí)一般以化學(xué)計(jì)量火焰為主。綜合而言，在測(cè)量元素時(shí)應(yīng)對(duì)火焰化學(xué)環(huán)境及其溫度予以綜合考慮，通過對(duì)火焰燃燒比的調(diào)整展開調(diào)節(jié)即可獲取適宜的乙炔-空氣比，此時(shí)的測(cè)試條件即可達(dá)到最佳。三是選擇吸收譜線。要確保吸收譜線與測(cè)定各類元素的需求相適應(yīng)，同時(shí)還要滿足測(cè)定高濃度樣品并能將部分干擾克服的條件。一般情況下，元素共振吸收線不僅只有一條，且存在不同的測(cè)定靈敏度。具體測(cè)定中多以靈敏線為主，然而如果被測(cè)元素具有較高的含量，此時(shí)可選擇次靈敏線[5]。四是燃燒器的位置及高度。待測(cè)元素的基態(tài)原子濃度在火焰中存在相對(duì)復(fù)雜的分布狀況，所以在實(shí)際測(cè)定中有必要做好燃燒器高度及位置的合理控制，以促進(jìn)測(cè)定結(jié)果準(zhǔn)確性的提高。一般情況下，應(yīng)控制高度處于火焰中最大基態(tài)原子濃度的區(qū)域，此時(shí)獲取的靈敏度最為適合。這也表明了在具體分析前，能否調(diào)整燃燒器高度、前后及轉(zhuǎn)角在內(nèi)的機(jī)械位置處于最佳狀態(tài)，能為數(shù)據(jù)結(jié)果的準(zhǔn)確性提供可靠保障。五是實(shí)驗(yàn)樣品的提取。在確定了光譜通帶寬度后，實(shí)驗(yàn)樣品劑量的控制也需要予以重視。劑量偏少會(huì)導(dǎo)致測(cè)量靈敏度的降低，而當(dāng)樣品劑量增加后，會(huì)持續(xù)增加火焰中燃燒的霧溶液濃度，此時(shí)會(huì)不斷增大吸收光度，最終會(huì)緩慢降低原子化效率，進(jìn)而削弱其吸收光度。因此，需要做好實(shí)驗(yàn)樣品用量的控制。

3.3 元素?zé)纛A(yù)熱時(shí)間

控制元素?zé)纛A(yù)熱時(shí)間，是測(cè)定水中重金屬時(shí)的關(guān)鍵質(zhì)量控制項(xiàng)目。在使用空心陰極燈前，需做好相應(yīng)的預(yù)熱處理措施，待元素等具備與分析要求條件相符合的發(fā)光強(qiáng)度后，便可應(yīng)用至實(shí)際檢驗(yàn)中[6]。不同元素等對(duì)燈電流的需求有差異，所以也會(huì)面臨不同的預(yù)熱時(shí)間。一般情況下維持約30 min的預(yù)熱時(shí)間即可。在完成預(yù)熱后，通過吸噴純水能使燃燒頭與霧化氣的內(nèi)外熱維持平衡。

3.4 校準(zhǔn)曲線

在火焰原子吸收分光光度計(jì)與石墨爐原子吸收分光光度計(jì)測(cè)定中，需要分析校準(zhǔn)曲線，建議選擇不低于5個(gè)的校準(zhǔn)曲線濃度點(diǎn)，且不同濃度點(diǎn)保持不低于3次的重復(fù)測(cè)定，計(jì)算所有測(cè)定結(jié)果的平均值。同時(shí)，需以分析要求及儀器性能為根據(jù)，挑選測(cè)量范圍適宜的校準(zhǔn)曲線。一般情況下，線性范圍適宜的是能產(chǎn)生0.4 Abs左右的溶液范圍。

3.5 樣品溶液稀釋

在應(yīng)用原子吸收分光光度計(jì)測(cè)定水中的重金屬時(shí)，控制樣品溶液的稀釋度是保障測(cè)定質(zhì)量、準(zhǔn)確性的關(guān)鍵手段[7]。在具體測(cè)定中，針對(duì)濃度高的超曲線分析溶液，要求工作人員在確定其大致濃度范圍后，再稀釋處理相應(yīng)的溶液，對(duì)待測(cè)樣品溶液濃度合力展開控制，確保其處于校準(zhǔn)曲線測(cè)定范圍內(nèi)，這樣一來即可為最終獲取的數(shù)據(jù)結(jié)果提供準(zhǔn)確性、合理性的保障。

4 結(jié)語

綜上所述，選擇原子吸收分光光度計(jì)測(cè)定水中的Cu、Zn、Pb、Cd等重金屬含量時(shí)，首先要配制各重金屬元素的標(biāo)準(zhǔn)溶液，并以對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)溶液測(cè)定方法為根據(jù)，選擇適宜的儀器工作條件，并采用火焰原子吸收分光光度計(jì)與石墨爐原子吸收分光光度計(jì)展開測(cè)定。根據(jù)測(cè)定結(jié)果得知，Pb、Cd及Cu與Zn混合樣品的變異系數(shù)均處于2.5%以下，表明該方法具備較好的精密度和重現(xiàn)性，且加標(biāo)回收率處于99.79%～99.98%范圍內(nèi)，方法準(zhǔn)確度較高，適用于水中重金屬的測(cè)定。