超聲逆王水提取等離子光譜測定水系沉積物中多元素

商仲彬，歐陽荷，陳梓婷，容婕瑤

(1.華南農業大學, 廣東 廣州 510610；2.廣州市城市排水有限公司,廣東 廣州 510335)

1 引言

水系沉積物是水體重金屬的重要歸宿和儲存場所,也是潛在污染受體和污染源[1，2]，可遷移重金屬會釋放進入生態環境，污染物沉降與吸附在水體沉積物中累積、再釋放[3～5]。目前水系沉積物微量及痕量元素的消解主要有堿熔法、混酸敞開消解、微波消解[6～10]等方法。傳統的處理方法處理量受限，成本高，不利于大批量樣品的處理。

電感耦合等離子體發射光譜法(ICP-OES)使用消解液建立工作曲線可以消除樣品復雜的基體效應、掩蓋部分光譜干擾,無需配制標準溶液,具有分析速度快、線性范圍寬、可多元素同時檢測等優點[11],已廣泛應用于化工、環境、石油、礦產、冶金、生物、半導體、醫學、材料分析等領域[12～15]。

本文以中國地質科學院地球物理地球化學勘查研究所(GBW07375 GSD-25、GBW07375 GSD-27、GBW07375 GSD-31)水系沉積物標準物質為研究對象，利用逆王水-氫氟酸為提取液，使用超聲水浴輔助提取水系沉積物中Cu、Cr、Mn、Ni、Pb、Zn、As，再使用等離子光譜法測試，通過控制不同的逆王水用量、水浴溫度、提取時間，擬建立一種普適性強、檢測成本低、可適用于水系沉積物中Cu、Cr、Mn、Ni、Pb、Zn、As元素批量測定的方法，提高檢測效率。

2 實驗儀器與試劑

2.1 實驗儀器

超聲清洗儀：予華KQ-5200B(頻率40kHz)；測試儀器：Perkin Elmer Avio200。

2.2 實驗試劑與材料：

硝酸：UP級； 鹽酸：優級純；氫氟酸：HPLC，考慮到HF可能對測試儀器由腐蝕作用，實驗用酸固定量為1mL；純水：實驗用水均為超純水(電導率≤0.055 μs/cm)；氬氣：>99.9999%；標液：Absolute Standards,inc 系列號100419多元素混合標準溶液質量濃度為100 μg/mL；水系沉積物標準物質：中國地質科學院地球物理地球化學勘查研究所。

3 結果與討論

3.1 不同逆王水用量對標準物質中各元素測定結果的影響

為研究逆王水用量對水系沉積物標準樣品中金屬元素提取效果的影響，在固定標準物質樣品量為100 mg、超聲時間為90 min、水浴溫度為90 ℃的工作條件下，王水的用量分別設定為3、5、10 mL，各金屬元素的提取結果見表1。由表1可知，逆王水用量為3 mL時，標準物質的金屬元素均出現較大的負誤差，說明可能此時逆王水的用量不足，部分金屬元素未被溶出，用量為5 mL時，標準物質金屬元素的測定值均處在標準值范圍內，可視為該標準物質的金屬元素充分溶出，隨著逆王水的用量增大至10 mL，部分測定結果的正誤差均有增大，因此可認為逆王水最佳用量為5 mL。

表1 不同逆王水用量對標準物質中各元素測定結果的影響

3.2 不同提取時間對標準物質中各元素測定結果的影響

為研究超聲提取時間對水系沉積物標準樣品中金屬元素提取效果的影響，在固定標準物質樣品量為100 mg、逆王水的用量為5 mL、水浴溫度為90 ℃的工作條件下，分別設定超聲時間為30 min、45 min、60 min、90 min，各金屬元素的提取結果見表2。由表2結果可知，超聲提取時間為30 min、45 min時，標準物質的金屬元素均出現較大的負誤差，不在標準物質定值范圍內，說明標準物質中的金屬元素未被完全提取出來。當提取時間為60 min、90 min時，各金屬元素的測定值均在標準物質的認定值范圍內，隨著時間的增加，金屬元素的測定值未有明顯變化，因此，可認為最佳超聲提取時間為60 min。

表2 不同超聲提取時間對標準物質中各元素測定結果的影響

3.3 不同水浴溫度對標準物質中各元素測定結果的影響

考察不同水浴溫度對水系沉積物標準樣品中金屬元素提取效果的影響。在固定標準物質樣品量為100 mg、逆王水的用量為5 mL、超聲時間為60 min的工作條件下，分別設定水浴溫度為20 ℃、40 ℃、60 ℃、90 ℃，各金屬元素的提取結果見表3。由表3結果可知，水浴溫度為20 ℃、40 ℃時，測定結果與認定值有較大負偏差，這是由于在低提取溫度下水系沉積物標準樣品金屬元素的溶出效率偏低導致。提高超聲水浴溫度，測定值逐漸增大，當水浴溫度為60 ℃時，各金屬元素的測定值均在標準物質的認定值范圍內。隨著水浴溫度提高90 ℃時，金屬的溶出率稍有提高，但個別元素的測定值超出了認定值范圍，出現較大的正誤差。因此，可認為最佳水浴提取溫度為60℃。

表3 不同水浴溫度對標準物質中各元素測定結果的影響

續表3

4 結論

通過對水系沉積物標準物質(GBW07375 GSD-25、GBW07375 GSD-27、GBW07375 GSD-31)測定，當稱樣量為100 mg，超聲頻率40kHz時，逆王水-氫氟酸超聲水浴提取水系沉積物的最佳條件為逆王水用量5 mL，水浴溫度為60 ℃，超聲提取60 min，提取水系沉積物標準物質中Cu、Cr、Ni、Mn、Pb、Zn和As可準確測定。該測試方法靈敏度高，準確度、精密度和線性等指標良好，該前處理方法有利于降低水系沉積物金屬元素的測試成本，提高測試效率。超聲水浴-逆王水-氫氟酸聯合等離子光譜法測定水系沉積物中Cu、Cr、Ni、Mn、Pb、Zn和As具有高效、安全、簡便、準確等優點，可用于快速批量化檢測。