石墨爐原子吸收法(GFAAS) 測定水樣中Cu2+和Cr3+的質量濃度

代智慧

（朔州師范高等專科學校，山西 朔州 036002）

銅(Cu)元素和鉻元素(Cr3+)都屬于人體所必需的微量元素，人體長期缺少這兩種元素時就會引起各種疾病[1-2]。但是，當Cu和Cr元素在人體中達到或超過一定的限值時，也會給人體帶來非常嚴重的傷害[3]。例如：Cu過量會引起機體出現肌痛、腹痛、腹瀉，酸中毒，誘發胰腺炎和休克等癥狀。如果Cr超標，身體便會出現一些皮膚和呼吸道系統病變等問題。我國《生活飲用水衛生標準》(GB 5749—2006)中有嚴格要求，生活飲用水及地面水中的Cu和Cr的質量濃度分別不能超過1.0 mg·L-1和0.05 mg·L-1[4]。但是，在日常生活中，人們經常使用的飲用水設備中難免會使用一些不合格的配件，這很可能會導致飲用水中的重金屬離子含量超標，飲用這樣的水會對人身體產生傷害。如果環境中的河水或湖水等受到重金屬Cu和Cr的污染，重金屬Cu和Cr也會在水中的魚類體內富集，大量食用后同樣會使人體內重金屬含量超標，對健康極為不利。準確檢測出飲用水及環境水樣中Cu和Cr的濃度就變得很有現實意義。當今社會，在眾多金屬離子檢測方法中，石墨爐原子吸收法(GFAAS)因其具有使用量較少、操作簡單、測試快捷及靈敏度高等優點[5-11]，是檢測水中重金屬的最實用的一種方法。

因此，采用石墨爐原子吸收法分別對三種常見的飲用水(桶裝水、直飲水機凈化水和自來水)及湖水中的Cu和Cr含量進行了測定。除此之外，還通過加標回收實驗對該方法的準確性及精確度進行了測試。

1 材料與方法

1.1 儀器與試劑

原子吸收分光光度計(TAS-990型，北京普析通用有限公司)；電熱恒溫鼓風干燥箱(101-0型，北京科偉永興儀器有限公司)；具塞(磨口)刻度管(50 mL，天津科密歐有限公司)；分子生物型超純水機(AFZ-2001-V型，重慶頤洋有限公司)；型臺式離心機(TD5G，青島聚創環保集團有限公司)。

Cu標準儲備溶液(1 mg·mL-1，國家標準物質研究中心)；Cr標準儲備溶液(1 mg·mL-1，國家標準物質研究中心)；濃HNO3(AR，嘉興市精博化學品有限公司)。0.500 0 mol·L-1稀HNO3的配制：準確量取32.00 mL濃HNO3置于1 000 mL的容量瓶中，加水稀釋并定容，輕輕搖勻后備用。銅標準使用溶液：準確吸取Cu標準儲備液1.00 mL于100.00 mL容量瓶中，加0.500 0 mol·L-1的稀HNO3至刻度線，稀釋成質量濃度為10 μg·mL-1的銅標準使用液。從中移取10.00 mL于100 mL容量瓶中，再加0.500 0 mol·L-1稀HNO3至刻度線，稀釋成1μg·mL-1的銅標準使用液，搖勻，封口待用。C r標準使用溶液(0.1μg·mL-1)制備方法同前。桶裝飲用水(市售)。

1.2 水樣中Cu和Cr含量的測定

1.2.1 水樣的采集與處理

利用潔凈且干燥的采樣瓶分別采集桶裝水(B)、直飲水機凈化水(C)，自來水(D)以及湖水(E)四種不同水樣(表1)，然后用移液管吸取等量的水樣至離心管中，裝有水樣的離心管在離心機上離心20 min后取出，取上層清液轉移至潔凈干燥的具塞管中，封口待測。

表1 四種不同的水樣

1.2.2 標準曲線的繪制

1）Cu標準曲線的繪制：準確移取質量濃度為1 μg·mL-1的Cu標準使用液0.00、0.50、1.00、2.00、3.00和4.00 mL分別轉移到6只相同體積的容量瓶中(50 mL)，然后加稀HNO3(0.500 0 mol·L-1)至刻度后搖勻，封口膜封口待用。所得到的6個不同的Cu標準溶液質量濃度(C)分別為0.00、10.00、20.00、40.00、60.00和80.00 μg·L-1。將配好的6個不同濃度的溶液依次用移液槍準確移取10 μL進行測定吸光度，利用測得的吸光度值A和溶液的準確濃度C來繪制Cu標準曲線。

2) Cr標準曲線的繪制：準確移取質量濃度為0.1 μg·mL-1的Cr標準使用液0.00、1.00、2.00、3.00、4.00和5.00 mL分別轉移到6個相同體積的容量瓶中(50 mL)，同樣加稀HNO3(0.500 0 mol·L-1)至刻度線后搖勻，封口膜封口待用。所得到的6個不同的Cr的標準濃度分別為0.00、2.00、4.00、6.00、8.00和10.00 μg·L-1。Cr標準曲線繪制方法同(1)。

1.2.3 水樣分析及加標實驗

1) 水樣分析：利用移液槍準確移取10 μL不同的水樣分別平行測定3次，利用得到的吸光度值，分別對樣品的兩種重金屬離子進行分析。

2) 加標實驗：取20.00 mL水樣于具塞管中，然后準確移取1.00 mL標準溶液到具塞管，搖勻。最后，移液槍移取10 μL水樣注入石墨爐中，測試其吸光度值后根據標準曲線得到實際濃度，計算其回收率。

2 結果與分析

2.1 Cu和Cr標準曲線

首先，利用Cu和Cr標準溶液的不同濃度C對應的吸光度A分別繪制了Cu和Cr標準曲線。圖1為Cu標準曲線和Cr標準曲線。圖1(a)中可以看到，實驗得到Cu標準溶液的回歸曲線方程為：

圖1(b)中看到Cr標準溶液的回歸曲線方程為：y=0.003 8x-0.000 4，R2=0.999 37。以上兩個回歸曲線方程的相關系數R2都接近于1，說明Cu和Cr的標準曲線符合要求，可用于準確計算重金屬離子的濃度。

圖1 (a) Cu標準曲線；(b) Cr標準曲線

2.2 不同水樣中Cu和Cr含量分析及加標實驗

接下來，對收集到的四種不同水樣進行了預處理，后通過儀器直接測試它們的吸光度。圖2為收集的不同水樣中Cu和Cr含量的檢測結果。從圖2(a)可以看到，桶裝飲用水(B)和家用自來水(D)兩個樣品中均未檢測出含有銅，這是由于二者中的Cu2+非常低導致儀器無法檢出。但是，直飲水機凈化水(C)和湖水(E)都檢出了銅離子，Cu2+平均質量濃度分別為9.168和2.904 μg·L-1，RSD分別為1.610%和6.667%。讓人很意外的是，直飲水機凈化水比湖水中的銅含量要高，主要原因可能是由于校園直飲水機所用到的不銹鋼中含有少量銅的成分，長時間使用過程中銅會溶出，以Cu2+的形式出現在飲用水中。但我們不必過于擔心，兩種水中檢出的銅含量均未超過GB 5749—2006《生活飲用水衛生標準》中要求的生活飲用水中c（Cu）≤1 mg·L-1的限值[4]。圖2(b)為四種不同水樣中Cr含量的實驗檢測結果。從圖中可以看出，桶裝飲用水(B)和湖水(D)中都未檢出鉻，這也是因為兩種水中的Cr3+濃度非常低導致儀器無法檢出。而直飲水機凈化水(C)和家用自來水(D)檢出了平均質量濃度分別為5.693和6.833 μg·L-1的Cr3+，RSD分別為9.434%和10.465%。直飲水機凈化水除了檢出Cu含量外還檢出了Cr含量，這意為著直飲水機中的不銹鋼中還含有鉻的成分。此外，家用自來水中也檢出了一定濃度的Cr3+，可能來源于水龍頭里含有微量的Cr。不過，大家不用擔心，水樣中檢測出的Cr3+均未超過GB 5749—2006《生活飲用水衛生標準》中生活飲用水中c（Cr）≤0.05 mg·L-1的限值[4]。

圖2 (a) 四種水樣中的Cu質量濃度；(b) Cr質量濃度

最后，為了驗證實驗結果的準確度和判斷試驗方法的精密度，還在直飲水機凈化水和湖水中進行了Cu加標回收實驗。表2為直飲水機凈化水和湖水兩種不同水樣中的Cu加標回收實驗結果。從表中可以看到，兩種水樣加標回收率在94.3%～97.4%之間，直飲水機凈化水和湖水的平均加標回收率分別為96.3%和96.7%，由此說明本實驗使用的方法準確可靠。

表2 Cu加標回收實驗

3 結 論

正利用石墨爐原子吸收分光光度計分別測定了四種不同水樣（桶裝飲用水、直飲水機凈化水、自來水和湖水）中的Cu2+和Cr3+含量，經過檢測后可知四種水樣中Cu2+和Cr3+濃度均未超過我國規定的限值。銅加標回收實驗說明該方法操作簡便、數據準確可靠，可廣泛推廣到其它重金屬含量方面的檢測。