電感耦合等離子體發射光譜法檢測廢水中重金屬離子的研究

黃群好，丁小嬌

（深圳市生態環境監測站大鵬分站，廣東 深圳 518119）

引言

重金屬離子的過量排放和積累會對土壤、水體和大氣造成污染，危害生態平衡。重金屬離子還可以在人體內積累，導致人體出現重金屬中毒，從而引起嚴重的健康問題，包括中樞神經系統損害、器官功能障礙、癌癥等[1-2]。所以及早檢測和控制重金屬離子的暴露有助于減少這些健康風險。

電感耦合等離子體發射光譜具有檢出限低、測量的動態范圍寬、準確度好、集體效應好、精密度高等優點[3]，是一種用于檢測樣品中無機元素組成和濃度的強大技術，特別是對廢水中重金屬離子的檢測，是非常有效的方法[4]。本文對深圳大鵬區地表水和生活污水中重金屬離子的種類和含量進行了系統分析，建立了電感耦合等離子體發射光譜法測定污染源樣品中的鐵、錳、銅、鋅、鎳、鉻、鎘、鉛等元素的金屬總量和可溶性元素含量，本方法回收率及精密度均能滿足要求。該方法具有多元素多通道能夠同時分析的特點，與其他單一元素檢測法相比，無論從經濟、技術、效率等方面都具有很大的優勢[5]。

1 實驗

1.1 主要儀器

電感耦合等離子體發射光譜儀（簡稱ICP-OES，賽默飛世爾科技有限公司生產，型號為iCAP 7200 Duo，具有水平觀測和垂直觀測兩種模式）；JH404-2型電熱板（上海錦凱科學儀器有限公司生產）；超純水制備裝置（美國密理博公司生產，型號為F4DA47925）。

1.2 主要試劑

硝酸（ρ=1.42 g/ml，優級純，廣州化學試劑廠）；高氯酸（ρ=1.68 g/ml，優級純，廣州化學試劑廠）；鐵、鋅、鎘、錳、銅、鉛、鎳標準溶液（1 000 μg/mL，國家一級標準物質，中國計量科學研究院）；總鉻溶液（500 μg/mL，國家實物標準，環境保護部標準樣品研究所）；銅、鋅、鎳、鎘、鉛與鉻混合標準樣品（國家實物標準物質，環境保護部標準樣品研究所）；鐵、錳標準樣品（國家實物標準物質，環境保護部標準樣品研究所）；氬氣（純度為99.999%）。

1.3 檢測方法

1.3.1 儀器參數的設置

儀器分析條件見表1

表1 儀器分析條件

1.3.2 樣品的預處理

可溶性元素：樣品采集后立刻通過水系微孔濾膜過濾，棄去初始50～100 mL的樣品，收集所需體積的濾液，加入適量硝酸，使硝酸含量達1%

金屬總量：量取100 mL樣品置于250 mL錐形瓶中，加入5 mL濃硝酸，置于電熱板加熱消解，在不沸騰的情況下，緩慢加熱至近干，取下冷卻；再加入5 mL濃硝酸和2 mL高氯酸，繼續加熱至近干，取下冷卻，最后加入1 mL濃硝酸溶解殘渣，用實驗用水定容至100 mL[6]。

1.3.3 檢測

將標準曲線系列溶液和樣品在相同的儀器參數設置下上機檢測，各金屬元素的特定波長：鐵238.204 nm、錳257.610 nm、鉻267.716 nm、鎳231.604 nm、銅324.754 nm、鋅213.856 nm、鎘214.438 nm、鉛220.353 nm。

2 結果與討論

2.1 校準曲線及方法檢出限

制備鐵、錳、銅、鋅、鎳、鉻、鎘、鉛等各元素的校準系列溶液，濃度分別為0.05、0.1、0.2、0.5、1.0 mg/L，由低質量濃度到高質量濃度依次測定標準濃度溶液的發射強度，以發射強度為縱坐標，濃度為橫坐標繪制曲線。對7個空白樣或者在水中加入適量的標準溶液配制空白加標樣品進行前處理，然后進行測定，方法檢出限（MDL）計算公式如下：

MDL=t×S

其中：“t”表示研究值的99%可信度和采用n-1自由度的估計的標準偏差，7次重復測量時t=3.143；“S”表示重復測定7次的標準偏差[7]。檢測結果校準曲線相關系數r的平方值均為0.999 9，靈敏度高，線性相關性良好；方法檢出限在0.001～0.01 mg/L之間，均能滿足《地表水環境質量標準》（GB 3838-2002）Ⅱ類標準限值和《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB18918-2002）的檢測要求，詳細結果見表2。

表2 校準曲線及方法檢出限結果匯總表

2.2 精密度測定

采用高、中、低3種不同濃度各6個樣品進行樣品前處理并上機測定，計算樣品的平均值、標準偏差和相對標準偏差等參數。根據分析結果，實驗精密度均符合《水質 32種元素的測定電感耦合等離子發射光譜法》（HJ 776-2015）的要求，詳細結果見表3。

表3 精密度測定結果匯總表

2.3 準確度測定

測定經樣品前處理過的各元素有證標準樣品，所測定的結果均合格，結果見表3。廢水的實際樣品經前處理后進行6次平行測定試驗，計算出金屬總量加標回收，加標回收率在105～115%之間，符合《水質 32種元素的測定 電感耦合等離子發射光譜法》（HJ 776-20158）的要求（70%～120%），詳細測定結果見表4。

表4 有證標準樣品測定及加標回收試驗結果匯總表

3 結論

采用電感耦合等離子體發射光譜法測定地表水、生活污水中銅、鋅、鎳、鉻、鎘、鉛、鐵、錳等8種可溶性元素及元素總量，校準曲線相關系數r均為0.9999；水平觀察方式檢出限在0.001～0.008 mg/L之間，達到《地表水環境質量標準》（GB 3838-2002）中Ⅰ類水質的檢測要求，垂直觀察方式檢出限在0.001～0.01 mg/L之間，達到《地表水環境質量標準》中Ⅱ類水質的檢測要求，完全滿足大鵬新區地表水最高Ⅱ類水域環境功能的檢測目標要求；測定銅、鋅、鎳、鉻、鎘、鉛、鐵、錳等8元素的有證標準樣品，結果均為合格；測定0.080、0.500、0.900 mg/L的自配樣品，相對標準偏差為0.32%～4.09%，加標回收率在108～115%之間，均符合《水質 32種元素的測定 電感耦合等離子發射光譜法》（HJ 776-2015）的質量控制要求。

結果表明：實驗室條件可以滿足用電感耦合等離子體發射光譜法測定地表水、生活污水中銅、鋅、鎳、鉻、鎘、鉛、鐵、錳等8種可溶性元素及元素總量的要求。從實驗結果可以看出，在低濃度下本實驗室的電感耦合等離子體發射光譜儀水平觀察方式優于垂直觀察方式，所以在實際測定過程中應優先使用水平觀察方式。