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第 27 卷,第 3 期光谱实验室Vol.27,No.32 0 1 0 年 5 月Chinese Journal of Spectroscopy LaboratoryMay,2 0 1 0ICP-AES 测定饮用水中5 种重金属元素?河北省自然科学基金(A2008000560)?联系人,电话:[phone];E-mail:chenjinzhongcn ;fenglingchen2008 作者简介:陈凤玲(1985),女,山西省忻州市人,硕士研究生,主要从事光谱分析技术方面的研究工作。收稿日期:2009-09-11;接受日期:2009-10-09陈凤玲陈金忠?丁振瑞梁伟华李 旭(河北大学物理科学与技术学院河北省保定市五四东路180 号071002)摘要应用电感耦合等离子体-原子发射光谱法(ICP-AES)直接测定饮用水中砷、镉、铬、汞和铅 5种痕量重金属元素。为了降低光谱分析检出限,在水样品中加入一定体积的有机添加剂,以提高光谱的信背比。实验结果发现,当加入6%的正丙醇以后,光谱信背比增加幅度是最大的,元素砷、镉、铬、汞和铅的光谱信背比比无添加剂时分别提高了 177.4%、45.2%、38.9%、354.7%和 83.8%。定量分析结果表明,各元素的相对标准偏差(RSD)在4.5%8.0%之间,回收率为 96.7%107.1%。关键词饮用水;电感耦合等离子体-原子发射光谱法;有机添加剂;重金属元素中图分类号:O657.31文献标识码:A文章编号:1004-8138(2010)03-0896-041引言水是生命之源,人们的健康生活离不开安全干净的饮用水。近年来,由于环境污染加剧,自来水的重金属污染问题受到了人们的极大关注 13,尤其像砷、铬、镉、汞和铅等有毒重金属元素,它们能够通过食物链在人体内积累进而对人类健康造成严重威胁。电感耦合等离子体-原子发射光谱法(ICP-AES)是一种快速有效的多元素同时或顺序检测方法,它分析精度高,检出限低,基体效应干扰小,已广泛用于物质成分的检测 4,5。在对环境水样品成分的分析过程中,为了降低光谱分析检出限和提高准确度,向样品中加入有机添加剂的方法备受人们关注 68。然而,目前尚未见到针对多种痕量重金属元素选择优化分析条件的报道。本文以正丙醇和乙醇作为添加剂,确定了掺入水样品的最佳含量,并定量分析了自来水中5 种重金属元素。2实验部分2.1仪器与试剂Varian 710-ES 全谱直读电感耦合等离子体-原子发射光谱仪(美国瓦里安公司)。无水乙醇、正丙醇均为分析纯,浓硝酸为优级纯;Cr、Pb 标准储备液(国家标准物质研究中心);As 由 As2O3、Hg 由 HgCl 配制,Cd 由 99.99%以上的高纯金属配制,5 种元素的浓度均为 1000mgL-1,使用前稀释成所需浓度。实验用水为超纯水。2.2仪器工作条件中阶梯光栅,刻线97.4 线mm-1,波长范围175785nm;40.68MHz 高频发生器,水平等离子炬,冷却气流量15Lmin-1;辅助气流量1.5Lmin-1;雾化器压力230kPa;玻璃同心雾化器,分析泵速15rmin-1。2.3样品制备用洁净的塑料桶取所需体积的饮用自来水,并立即加入2%(V+V)HNO3进行酸化处理,以保持其稳定性。2.4实验方法利用标准加入法 9,用4 个盛有等量自来水试样的容量瓶,前3 个分别加入浓度不相同的待测元素的标准溶液,第4 个不加待测元素,作为试剂空白,然后用2%的HNO3定容至刻度线,配成标准系列。经过预备实验之后,选定了合适的标样浓度范围,元素 Cd 和 Pb 的浓度均分别为 1、2、3?gL-1;As 为4、6、8?gL-1;Cr 为2、4、6?gL-1;Hg 为0.1、0.2、0.3?gL-1。取一定量的正丙醇分别加入到每个样品中,使正丙醇的浓度为6%,均匀混合之后上机检测元素谱线强度。3结果与讨论3.1分析线的选择能否选择合适的分析谱线直接影响测量结果的准确性和方法的可信度。从仪器配置的数据库中可以查出所测元素检出限低、灵敏度高以及对加入一定体积的有机添加剂之后较敏感的分析谱线。分析谱线的波长分别是As234.9nm、Cd214.4nm、Cr267.7nm、Hg194.2nm 和Pb220.4nm。3.2等离子体功率的选择等离子体的高频振荡功率直接影响光源参数和光谱辐射强度。采用浓度为1mgL-1的各元素样品,在1.01.2kW 之间进行等离子体功率的优化选择。从测得的光谱信背比来看,元素Cd、Hg和Pb 在1.15kW 时光谱信背比最好,而元素As 和Cr 则在1.05kW 时有最佳光谱信背比。因此将元素分为2 组:As 和Cr 为一组,Cd、Hg 和Pb 为另一组,在最佳功率条件下测量。3.3载气压力的选择载气压力是影响光源辐射强度的重要实验条件之一。采用浓度为1mgL-1的各元素样品,在载气压力为200240kPa 的范围内进行实验。从光谱信背比以及谱线净强度的测量结果显示,对5种待测元素而言,采用230kPa 的载气压力时效果最好。3.4有机物加入量对信背比的影响为了考查有机物的加入量对自来水样品中重金属元素光谱信背比的影响,在上述优化条件下,通过改变添加剂的浓度,测量了水样品中As、Cd、Cr、Hg 和Pb 元素的信背比,所得数据为5 次测量取平均,绘制的曲线如图1所示。从图中可以看出:(1)随着水样品中正丙醇和乙醇加入量的增大,元素As、Hg 和Pb 的光谱信背比都是先逐渐增大,达到一个峰值之后又减小;而元素Cd 和Cr 的光谱信背比变化比较复杂,但随着添加剂含量的增加,也会出现一个高峰值,然后迅速减小。(2)实验结果表明,2种添加剂加入量均在 6%时对分析元素的光谱信背比有最佳增强效果,而且正丙醇的增强效应比乙醇的更加显著。(3)6%的正丙醇添加剂对元素As 和Hg 的增敏效应尤为突出,其光谱信背比比无添加剂时分别增加了177.4%和354.7%;而元素Cd、Cr 和Pb 的也分别增加了45.2%、38.9%和83.8%,这对于降低光谱分析检出限具有很重要的意义。3.5方法的精密度在上述确定的优化实验条件下,对自来水样品中5 种痕量重金属元素进行定量分析。为了计算897第 3 期陈凤玲等:ICP-AES 测定饮用水中5 种重金属元素图 1光谱信背比随有机添加剂浓度的变化曲线aAs;b Cd;cCr;dHg;e Pb;1正丙醇;2乙醇。方法的精密度,我们对各元素进行5 次平行测量,求出平均值和相对标准偏差(RSD)。从表1 获得的数据可知,5 种元素分析结果的RSD 在4.5%8.0%之间,平均值为6.96%。表 1精密度数据元素测定值(?gL-1,n=5)12345平均值(?gL-1)RSD(%)As9.9949.10910.34810.9509.1539.9118.0Cd0.9121.0461.0251.1311.0271.0287.6Cr1.0101.1431.2131.2481.1981.1628.0Hg0.1560.1650.1510.1610.1680.1604.5Pb1.6951.8401.8751.6091.6601.7366.73.6方法的准确度为了评价方法的准确度,进行标准加入回收实验。从表2 给出的测量结果看出,5种元素含量的回收率在96.7%107.1%之间,分析准确度较高,测定结果令人满意。表 2加标回收结果(?gL-1)元素已知含量加入量测定值回收率(%)As9.91110.0020.381104.7Cd1.0281.0002.036100.8Cr1.1621.0002.12996.7Hg0.1600.2000.35999.1Pb1.7362.0003.879107.1根据GB5749-2006 生活饮用水卫生标准 10,上述5 种元素的水质常规指标及限值分别是10、5、50、1、10?gL-1。与表1 的结果相比较,元素含量均未超出国家标准的限定值。4结论实验结果表明,在自来水样品中加入6%的正丙醇,能够改变溶液进入ICP 光源的传输效率和有效提升量,待测元素的光谱信背比提高幅度为38.9%354.7%,降低了检出限,顺利完成了定量分析。这种方法对于环境水样品中痕量乃至超痕量元素成分的检测而言,不失为一种简便快捷有效898光谱实验室第 27 卷的分析手段。参考文献 1 Chen D H,Hu B,Huang C Z.Chitosan M odified Ordered Mesoporous Silica as Micro-Column Packing M aterials for On-LineFlowInjection-Inductively Coupled PlasmaOptical Emission Spectrometry Determination of T race Heavy M etals inEnvironmental Water Samples J.T alanta,2009,78(2):491497.2 Babu S 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M.北京:化学工业出版社,2005.123.10 中华人民共和国国家标准.生活饮用水卫生标准 S.GB5749-2006.北京:中国标准出版社,2007.Determination of Five Heavy Metal Elements in Drinking Waterby ICP-AESCHENFeng-LingCHENJin-ZhongDINGZhen-RuiLIANGWei-HuaLIXu(College of Phy sics Science and Technology,H ebei University,Baoding,H ebei 071002,P.R.China)AbstractArsenic,cadmium,chromium,mercury and lead in drinking water were determineddirectly by inductively coupled plasma-atomic emission spectrometry.In order to decreasedetection limit of spectral analysis,different volume of organic additives were added in drinkingwater sample to improve signal-to-background ratios of spectrum.Signal-to-background ratios ofarsenic,cadmium,chromium,mercury and lead were increased 177.4%,45.2%,38.9%,354.7%,and 83.8%after adding 6%n-propanol,respectively.The quantitative analysis results showedthat the relative standard deviations(RSD)are 4.5%8.0%,and recovery rates are 96.7%107.1%.Key wordsDrinking Water;ICP-AES;Organic Additives;Heavy Metal Element欢迎有敬业精神的同志自荐为本刊编委本刊编委产生的方式有三种:自荐、推荐和聘请,自荐是本刊提倡的方式。凡不计报酬、乐意献身于科技期刊出版事业、基本具有副高级以上技术职称、对本刊有所贡献的同志,都可以自荐为本刊编委。自荐者,请将本人简历发至 光谱实验室 编辑部电子邮箱:gpsys 光谱实验室 编辑部899第 3 期陈凤玲等:ICP-AES 测定饮用水中5 种重金属元素