地下水中偏硅酸測定的兩種常用方法研究

張 京，王瑋瑩

（北京市地質環境監測所城市地下水安全防控技術創新基地，北京 100195）

0 引言

偏硅酸也稱硅酸，是評價礦泉水品質的重要指標。近年來，隨著居民生活水平的不斷提高，尋找與開發富含H2SiO3等礦物質的優質地下水已成為關鍵[1]。硅是人體所必需的微量元素，對人體心血管、骨骼生長等具有保健功能。有關資料報道：飲食中可溶性硅酸在預防骨質疏松、維持血管健康、改善老年癡呆和多發性硬化癥等方面具有較多支持證據[2]。

監測地下水中偏硅酸的含量是開展污染診斷、評估水體環境和地質環境的重要依據，所以選擇適當、便捷、快速的測定方法，為相關部門提供更加準確可靠的監測數據對地下水環境治理以及保障人們健康用水有重要的現實意義。

本文對鉬硅黃比色法[3]和電感耦合等離子體發射光譜法[4]兩種常用的檢測水中偏硅酸的方法進行對比，分別從方法的檢出限、精密度、準確度等方面進行研究，可為地下水中偏硅酸的測定提供更優良的分析方法。

1 方法原理

1.1 鉬硅黃比色法

在酸性溶液中，鉬酸銨與水中可溶性硅酸反應，生成硅鉬酸絡合物，其顏色強度與可溶性硅酸濃度成正比。

1.2 電感耦合等離子體發射光譜法

經過濾或消解的水樣注入電感耦合等離子體發射光譜儀后，目標元素在等離子體火炬中被氣化、電離、激發并輻射出特征譜線，在一定濃度范圍內，其特征譜線的強度與元素的濃度成正比。

2 實驗部分

2.1 儀器和試劑

T6 新世紀紫外可見分光光度計；Agilent 5110 電感耦合等離子體發射光譜儀ICP-OES（安捷倫公司，美國）；二氧化硅標準溶液：二氧化硅溶液（GBW（E）280272），溶質質量濃度為100 mg/L；鉬酸銨溶液：溶質質量濃度為100 g/L，北京化工廠；鹽酸溶液：1+1 鹽酸，北京化工廠；硝酸：BV-Ⅲ級，北京化學試劑研究所；氬氣：高純液氬（＞99.99%）。

2.2 樣品前處理

1）UV 法。取水樣50.0 mL 于50 mL 比色管中，加鹽酸溶液1.0 mL 和鉬酸銨溶液2.0 mL，搖勻。放置30 min 于分光光度計440 nm 波長處，用2 cm 比色杯，以空白溶液作參比，測量其吸光度。

2）ICP-OES 法。將待測水樣經0.45 μm 濾膜過濾，去除水樣中有機物及大顆粒物質的干擾，過濾后加入純硝酸酸化，使樣品中硝酸的濃度（體積分數）為1%，移取10.0 mL 于離心管中，即可上機檢測。

2.3 儀器工作條件

根據儀器步驟進行吹掃步驟、氬氣流量調試、霧化器溫度設定及其他調整，使儀器達到最佳狀態[5]。本次實驗ICP-OES 儀器參數見表1。

表1 ICP-OES 工作條件

3 結果與討論

3.1 方法線性及檢出限比較

1）UV 法：制取偏硅酸（以二氧化硅計）質量濃度分別為0.00、5.00、15.00、20.00、25.00、30.00 mg/L 的標準溶液系列，按照實驗步驟進行操作，測量其吸光度。以二氧化硅濃度對其吸光度繪制標準曲線。結果顯示，鉬硅黃比色法在偏硅酸（以二氧化硅計）質量濃度0.00～30.00 mg/L 范圍內線性良好，y=0.000 3x+0.002 7，相關系數r 為0.999 8。參考《環境監測分析方法標準制修訂技術導則》（HJ 168—2020）[6]，根據扣除空白值后的與0.01 吸光度相對應的濃度值作為檢出限，檢出限為0.50 mg/L。

2）ICP-OES 法：制取偏硅酸（以二氧化硅計）質量濃度分別為0.00、5.00、15.00、20.00、25.00、30.00 mg/L的標準溶液系列，上機進行測試，結果顯示ICP-OES法在偏硅酸（以二氧化硅計）質量濃度0.00～30.00 mg/L范圍內線性良好，y=1 305.442x+65.846 4，相關系數r為0.999 9。

根據《環境監測分析方法標準制修訂技術導則》（HJ 168—2020）的要求，對某濃度溶液進行11 次重復測定，按照MDL 值=2.764S 計算方法檢出限，檢出限為0.10 mg/L。

3.2 方法精密度比較

分別用兩種方法對三種不同濃度地下水樣品進行多次測定，ICP-OES 法中選取288.158 nm 作為波長，矯正基體干擾和漂移。通過計算測定值的相對標準偏差來比較2 種方法的精密度。結果表明，兩種方法的精密度都較好，測定結果的相對標準偏差均＜1.54%。（見表2）

表2 兩種方法的精密度

3.3 方法準確度比較

取2 份地下水樣品，用UV 法及ICP-OES 法對樣品各進行6 次測試，取其平均值，再分別向水樣中添加低、中、高三種濃度的標準溶液，對兩種方法進行加標回收率測試，每種樣品配制三個平行水樣進行測定。地下水樣分別取于朝陽某地自備井和房山某地自備井中。結果見表3。UV 法檢測地下水樣品中偏硅酸的加標回收率在96.8%～101.8%之間，ICP-OES 法檢測地下水中偏硅酸的加標回收率在95.6%～99.3%之間。

表3 兩種方法的加標回收率

4 結論

鉬硅黃比色法和電感耦合等離子體發射光譜法的標準曲線線性良好，兩種方法都能滿足地下水中偏硅酸的檢測要求。通過對實際地下水樣品的加標回收實驗來看，兩種方法精密度和準確度良好，均滿足地下水檢測規范指標，相比之下，ICP-OES 法在檢出限、儀器精密度和準確度方面優于UV 法。在檢測地下水中偏硅酸時，使用ICP-OES 的徑向模式，可以很大程度上消除基體干擾，檢測數據更加準確可靠。ICP-OES 法還具有前處理過程簡單、易操作、可同時測定多種元素等優勢，儀器狀態更穩定，所以更適合用于大批量的地下水樣品檢測，值得被廣泛推廣和應用。