天然水体中钾、钠、钙、镁测定方法的比对.pdf

第 37 卷第 1 期2024 年 1 月镇江高专学报Journal of Zhenjiang CollegeVol.37 No.1Jan.,2024天然水体中钾、钠、钙、镁测定方法的比对朱 君,黄 晶,赵一亮(江苏省镇江环境监测中心 分析测试科,江苏 镇江 212004)摘 要:电感耦合等离子体发射光谱法和火焰原子吸收分光光度法测定天然水体中钾、钠、钙、镁,比较相关系数、检出限、精密度、准确度和实际样品的测定,结果表明:两种方法均可用于天然水体中钾、钠、钙、镁的测定,且电感耦合等离子体发射光谱法更优。关键词:电感耦合等离子体发射光谱法;火焰原子吸收分光光度法;天然水体;钾;钠;钙;镁中图分类号:O657.3文献标志码:A文章编号:1008-8148(2024)01-0079-03收稿日期:2023-05-23作者简介:朱 君(1985),女,江苏镇江人,工程师,主要从事环境监测重金属分析研究;黄 晶(1979),女,黑龙江哈尔滨人,高级工程师,主要从事环境监测重金属分析研究。钾、钠、钙、镁广泛存在于地表水、地下水等天然水体中,是水质监测的常规指标。水中高钾会污染附近土壤,并抑制植物对阳离子钙的吸收,造成树叶“腐心病”;土壤中钠盐对植物有毒害作用,会改变细胞膜结构和功能,并增加土壤的渗透压,使根系吸收阻力加大,使植物因难吸收水分而缺水;钙、镁过高会造成总硬度过高,直接影响生产生活用水。目前钾、钠、钙、镁的测定方法有火焰原子吸收分光光度法(FAAS)、电感耦合等离子体发射光谱法(ICP-OES)、离子色谱法(IC)等。本次实验同时采用FAAS 和 ICP-OES 测定地表水和地下水中钾、钠、钙、镁,并对两种方法的相关系数、检出限、精密度、准确度和实样测定进行比较研究。1 实验部分1.1 仪器和试剂仪器主要有电感耦合等离子体发射光谱仪(美国 Perkin Elmer Optima 8000)、高分辨连续光源原子吸收光谱仪(德国 Analytik Jena ContrAA 800)、超纯水机(德国 Sartorium Arium Comfort I)。试剂主要有钾钠钙镁混合标准溶液 100 mgL-1(BWT20011-100-W-50 坛墨)、钾钠钙镁混合质控样(202622 环保部)、硝酸(优级纯)。10.0 gL-1硝酸铯溶液:称取 1.0 g 硝酸铯(分析纯),用水定容到 100 mL;0.1 gL-1镧溶液:称取35.1 g 氯化镧(分析纯),用水定容到 200 mL;高纯氩气(纯度不小于 99.999%)、高纯乙炔(纯度不小于 99.999%)。1.2 样品前处理地表水和地下水样品均用 0.45 m 水系滤头过滤,其中 ICP-OES 可以直接进样;FAAS 测定钾、钠时,取适量水样,并加入3 mL 硝酸铯,用体积分数为1%的硝酸溶液定容到 50 mL;FAAS 测定钙、镁时,取适量水样,并加入 1 mL 氯化镧,用体积分数为1%的硝酸溶液定容到 50 mL。1.3 标准曲线配制1.3.1 ICP-OES质量浓度为 100 mgL-1的钾钠钙镁混合标准溶液,用体积分数为 1%硝酸稀释,配制质量浓度为0.1、0.5、1.0、1.5、2.0、5.0 mgL-1的标准曲线。1.3.2 FAAS质量浓度为 100 mgL-1的钾钠钙镁混合标准溶液,用体积分数为 1%硝酸稀释,并加入 3 mL 硝酸铯和 1 mL 的氯化镧,配制质量浓度为 0.1、0.5、1.0、1.5、2.0、5.0 mgL-1,体积为 50 mL 的标准曲线。1.4 仪器参数ICP-OES 和 FAAS 的仪器参数见表 1 和表 2。97表 1 ICP-OES 的仪器参数工作参数设定值工作参数设定值RF 功率/W1 300K 波长/nm766.490等离子体气体流量/Lmin-112Na 波长/nm589.592辅助气流量/Lmin-10.3Ca 波长/nm317.933雾化气流量/Lmin-10.6Mg 波长/nm285.213蠕动泵流量/mLmin-11.5观测方式垂直表 2 FAAS 的仪器参数元素波长/nm灯电流/mA火焰方式乙炔-空气流量/Lh-1燃烧头类型/mm燃烧头高度/mm燃烧头角度/()光谱观察像素范围/px像素积分点K766.4913空气乙炔801008902003Na588.9913空气乙炔901006902003Ca422.6713空气乙炔801001102003Mg285.2113空气乙炔7010069020032 结果与讨论2.1 干扰与消除2.1.1 ICP-OESICP-OES 干扰有光谱干扰和非光谱干扰,光谱干扰包括谱线重叠干扰和连续背景干扰,非光谱干扰包括电离干扰、基体干扰等。选择灵敏度高且干扰少的谱线消除谱线重叠干扰;采用仪器多组分谱图拟合技术(MSF 模型)校正光谱干扰,氩气校正基体干扰1-2。ICP-OES 观测方式有水平和垂直两种。水平观测灵敏度高,但基体效应和电离干扰大,炬管易积盐;垂直观测灵敏度相对较低,具有更小的基体效应和干扰,更适合测定高盐分样品3。钾、钠易电离,在自然水体中含量也高,故选择垂直观测,从而消除电离干扰。2.1.2 FAASFAAS 测定钾、钠、钙、镁时存在电离干扰和化学干扰。钾、钠易电离,测定时会偏低,需要加入消电离剂硝酸铯消除电离干扰。而钙、镁测定时会受铝、硫酸盐、磷酸盐等干扰,抑制钙、镁的原子化,需要加入释放剂氯化镧消除化学干扰4-5。实验空白中加入硝酸铯和氯化镧,其测定值需小于方法检出限。2.2 比较相关系数与检出限测定混合标准溶液,以混合标准溶液浓度值为横坐标,测定强度值或吸光度为纵坐标,建立坐标系、线性方程,计算相关系数。环境监测分析方法标准制订技术导则6(HJ 1682020)规定方法检出限 MDL=t(n-1,0.99)S,其中 n 为样品平行测定次数,t 为自由度为 n-1 和置信度为 99%时的 t 分布(单侧),S 为 n 次重复测定的标准偏差。查 t 表可知,当 n=7 时,t(7-1,0.99)=3.143,且 4 倍检出限为测定下限,测定结果如表 3 所示。两种方法测定的相关系数都达到 0.999 0,但 ICP-OES 测定时相关性更好,且测定的检出限比较低。表 3 ICP-OES 和 FAAS 测定相关系数、检出限、测定下限元素方法相关系数检出限/mgL-1测定下限/mgL-1KICP-OES0.999 90.0100.040FAAS0.999 00.0300.120NaICP-OES0.999 90.0100.040FAAS0.999 00.0500.200CaICP-OES0.999 80.0030.012FAAS0.999 20.0100.040MgICP-OES0.999 60.0010.004FAAS0.999 40.0020.0082.3 比较精密度和准确度对环保部盲样 202622 进行 6 次全程序质控样品平行测定,相对标准偏差(RSD)和相对误差(RE)测定结果详见表 4。ICP-OES 和 FAAS 测定的相对标准偏差(RSD)均小于 2%,有证标准物质测定结果均在标准范围内,相对误差均小于 3%,表明两种方法测定的精密度和准确度均较好,其中 ICP-OES相对标准偏差(RSD)更小,相对误差更小。08表 4 ICP-OES 和 FAAS 测定精密度和准确度元素方法平行样测定结果/mgL-1123456平均值/mgL-1相对标准偏差(RSD)/%有证标准物质含量/mgL-1相对误差(RE)/%KICP-OES0.6080.6070.6060.6080.6090.6100.6080.2FAAS0.6010.6030.5950.5940.5860.5890.5951.10.6110.0270.52.6NaICP-OES1.3201.3001.3101.3301.3201.3101.3200.8FAAS1.3301.3401.3601.3201.3101.3501.3401.41.310.050.82.3CaICP-OES2.1502.1702.1402.1302.1502.1602.1500.7FAAS2.1302.1402.1802.1902.1602.1702.1601.12.130.060.91.4MgICP-OES0.3580.3480.3590.3640.3520.3680.3582.1FAAS0.3410.3320.3350.3500.3450.3370.3402.00.3500.0332.32.92.4 比较实际样品测定对地表水和地下水样品进行 6 次平行测定,其平均值、标准偏差和相对标准偏差(RSD)详见表 5和表 6,其中 ICP-OES 测定实际样品时 RSD 较小。分别对地表水和地下水中钾、钠、钙、镁测定结果进行 F 检验,其中 F地表水钾=1.47,F地下水钾=2.78,F地表水钠=1.82,F地下水钠=1.29,F地表水钙=2.13,F地下水钙=1.28,F地表水镁=2.39,F地下水镁=1.49,查 表 得F0.05(6-1,6-1)=F0.05(5,5)=5.05,所有的 F 检验值均小于F0.05(5,5),表明 ICP-OES 和 FAAS 测定地表水和地下水中钾、钠、钙、镁的结果具有相同的精密度。分别对地表水和地下水中钾、钠、钙、镁测定结果进行 t检验,其中 t地表水钾=1.102,t地下水钾=1.575,t地表水钠=0.570,t地下水钠=2.152,t地表水钙=2.225,t地下水钙=2.210,t地表水镁=1.995,t地下水镁=1.888,查表得 t(0.05,6+6-2)=t(0.05,10)=2.228,所有的 t 检验值均小于 t(0.05,10),表明ICP-OES 和 FAAS 测定地表水和地下水中钾、钠、钙、镁的结果无显著性差异。表 5 ICP-OES 实际样品测定结果元素样品类别测定结果/mgL-1123456平均值标准偏差/mgL-1相对标准偏差(RSD)/%K地表水6.156.236.056.106.026.276.140.0991.6地下水1.201.191.211.171.151.161.180.0242.0Na地表水27.728.128.228.829.129.828.60.7682.7地下水45.544.043.844.646.446.945.21.2792.8Ca地表水37.735.035.238.439.536.437.01.8054.9地下水1271401321381231441348.0756.0Mg地表水11.512.211.911.612.312.512.00.4003.3地下水23.824.523.725.825.225.624.80.9053.6表 6 FAAS 实际样品测定结果元素样品类别测定结果/mgL-1123456平均值标准偏差/mgL-1相对标准偏差(RSD)/%K地表水6.116.025.986.225.916.186.070.1202.0地下水1.131.111.161.181.101.201.150.0403.5Na地表水29.530.028.128.627.429.828.91.0353.6地下水47.946.348.845.844.947.546.91.4513.1Ca地表水41.936.237.639.241.442.939.92.6356.6地下水1381471531391341571459.1366.3Mg地表水12.112.511.812.713.213.412.60.6184.9地下水24.826.325.824.526.627.425.91.1034.3(下转第 86 页)18特点分析J.首都师范大学学报(自然科学版),2020,41(2):15-19.7 邵云,窦瑾.物点经方玻璃砖折射成像的三种计算方法及像点位置特点J.南京晓庄学院学报,2020,36(6):45-49.8 赵凯华.新概念物理教程光学M.北京:高等教育出版社,2004.9 医学百科.角膜EB/OL.(2014-01-26)2023-04-14.https:/ 蕊On the optical principles in underwater photographySUN Haiping1,SHAO Yun2(1.Teaching Group of Grade Two,Nanjing Wenshu Junior Middle School,Nanjing 210006,China;2.School of Electronic Engineering,Nanjing Xiaozhuang College,Nanjing 211171,China)Abstract:This thesis briefly introduces the relevant optical knowledge about underwater photography,focusing onthe underwater photography mechanisms under flat and spherical lens covers,revealing the differences between thetwo,displaying the practical application of ordinary optical knowledge in underwater photography,and highlightingthe importance of physical knowledge in understanding the world.Key words:underwater photography;flat lens cover;spherical lens cover;virtual image;total reflection(上接第 81 页)3 结束语 电感耦合等离子发射光谱法和火焰原子吸收分光光度法测定天然水体中钾、钠、钙、镁,其相关系数、检出限、精密度、准确度和实样测定结果均较好,但 ICP-OES 测定结果更优。在测试中,ICP-OES 不需要加入化学试剂抗干扰,可以直接进样,并且可同时测定钾、钠、钙、镁,更方便快捷。因此,测定天然水体钾、钠、钙、镁时可优先选择 ICP-OES。参考文献:1 马荣生,王昕,崔海洋.微波消解-电感耦合等离子体发射光谱(ICP-OES)法测定环境土壤中镧、铈、铷、锶J.中国无机分析化学,2021,11(3):56-59.2 谢有亮,张迅,祝笛.ICP-OES 法在测定降水中金属离子的研究J.四川环境,2009,28(6):33-37.3 马荣生.微波消解-电感耦合等离子体发射光谱法测定土壤中铜镍铬的研究J.山东化工,2020,49(16):93,98.4 樊颖果,徐国津.原子吸收光谱和原子发射光谱法测定酸雨中钾、钠、钙、镁方法比较J.中国无机分析化学,2013,3(2):28-31.5 殷丽,张飞,唐溢湉,等.大气降水中钾钠钙镁测定方法的比对J.环境监测管理与技术,2013,25(5):60-62.6 生态环境部.环境监测分析方法标准制订技术导则:HJ 1682020S.北京:中国环境科学出版社,2020:18.责任编辑:卢 蕊Comparison of determination methods for potassium,sodium,calcium,magnesium in natural water bodiesZHU Jun,HUANG Jing,ZHAO Yiliang(Analysis and Testing Section,Jiangsu Zhenjiang Environmental Monitoring Center,Zhenjiang 212004,China)Abstract:Inductively coupled plasma emission spectroscopy and flame atomic absorption spectrophotometry wereused to determine potassium,sodium,calcium,and magnesium in natural water bodies.The correlation coefficient,detection limit,precision,accuracy,and sample determination were compared.The results showed that bothmethods could be used for the determination of potassium,sodium,calcium,and magnesium in natural waterbodies,and the emission spectroscopy method was superior.Key words:inductively coupled plasma emission spectrometry;flame atomic absorption spectrophotometry;naturalwater bodies;potassium;sodium;calcium;magnesium68