ICP发射光谱和原子吸收光谱法测定水系沉积物中金属元素

杨春涛+马俊+吉正元+李国文+李志林+张薇+王蓉

摘要：采用微波消解前处理技术、结合等离子体发射光谱（ICP-AES） 或石墨炉原子吸收光谱法对水系沉积物中Pb、Cd、Cu、Zn、Cr、Mn、Co、V、B、Ba、Be、Mo、Ti和Ni 14种重金属元素的含量进行了测定。以硝酸-双氧水-氢氟酸混合酸溶解样品，获得了较为满意的结果。各元素的方法检出限在0.3～2.9 ng/g，沉积物样中添加标准物质的回收率为89%～110%，精密度RSD<7%（n=6）。采用该方法对土壤标准样品（GBW07304a）进行验证，测定值均在保证值范围内。该方法样品处理程序简单快速、线性范围宽、分析重现性好、结果准确，适用于大批量水系沉积物样品的分析。

关键词：微波消解；电感耦合等离子体发射光谱法；石墨炉原子吸收光谱法；水系沉积物；重金属元素

中图分类号：O652.4

文献标识码：A 文章编号：1674-9944（2016）20-0104-03

1 引言

由于潜在的生物毒性和环境持久性，重金属成为当前环境科学研究热点之一[1]。重金属作为典型的累积性污染物，通过生物富集和生物放大作用对生态环境构成潜在的威胁[2，3]。在地表水体中，重金属会随着地表径流迁移、沉降，逐步转移至沉积物中，并可能在一定环境条件下释放到水体中，形成二次污染，造成环境危害和生态风险[4，5]。水系沉积物中重金属的含量分布作为水体环境评价中的一个重要指标，可以反映所在流域常年的污染状况、污染特征和潜在风险，也可追踪可能的重金属污染源，评价人为活动对河流污染物的贡献大小。因而研究与评价河流、湖泊沉积物中的重金属含量具有非常重要的现实意义[6]。

目前，测定沉积物中重金属元素的方法很多，除常规的化学分析法，如重量法、比色法、容量法、X射线荧光光谱法等多种方法外，电感耦合等离子体原子发射光谱法 （ICP-AES）逐渐成为实验室中不可缺少的常规分析手段及标准分析方法，已得到了广泛的应用，该方法具有灵敏度高、检出限低、多元素检测、线性范围宽、低干扰水平等突出优点[6，7]。石墨炉原子吸收光谱法具有灵敏度高、选择性强、分析范围广、抗干扰能力强和精密度高等优点。

是否能够准确测定沉积物样品中的重金属含量，消解是一个重要环节，消解方法有微波消解、电热板加热消解、电熔融和干式灰化等。其中微波消解样品克服了传统样品处理方法的缺点，具有溶样时间短、试剂用量少、交叉污染小、节能及节省化学试剂、易于实现自动操作、同时可减少常规消解酸雾对环境的污染，避免易挥发痕量元素的损失等优点，是一种革新的样品前处理技术[8，9]。

选取玉溪市某水系沉积物实样，采用微波消解法进行前处理，使用电感耦合等离子体原子发射光谱法（ICP-AES）和石墨炉原子吸收光谱法联合测定Pb、Cd、Cu、Zn、Cr、Mn、Ni、Co、V、B、Ba、Be、Mo、Ti 14种金属元素的含量，并对测定方法的精密度、检出限及准确度进行了研究。

2 试验与方法

2.1 仪器与试剂

仪器：Optima 8300电感耦合等离子体发射光谱仪（美国PE公司）；石墨炉原子吸收光谱仪（美国热电公司）；高压微波消解仪（奥地利安东帕公司）；优普系超纯水机（成都超纯科技有限公司）；赶酸电热消解器（美国莱伯泰科有限公司）。

试剂：硝酸（HNO3）、双氧水（H2O2）、氢氟酸（HF）、高氯酸（HClO4）为优级纯；实验用水均为超纯水（电阻率>18.25MΩ·CM）。

质控样品：土壤国家标准物质GBW07304a一份。

2.2 标准溶液配制

Pb、Cd分别配制为单标溶液，其他元素配制成混合标准溶液系列，介质为1%的硝酸溶液。各元素浓度见表1。

2.3 样品处理

准确称取0.2 g（精确至0.0001 g）样品，小心放入聚四氟乙烯消解内罐中，用少量水润湿，加入6 mL硝酸、2 mL双氧水、2 mL氢氟酸，混匀，静置，待溶液中没有气泡冒出时盖好消解罐盖子，旋紧外套，装配好支架，放在样品转盘上（将温度传感器插入主控罐中，按表2设定升温程序消解样品）消解完成待自然冷却，取出消解罐，在通风橱内慢慢松开盖子上的排气螺帽，释放罐内气体，用水冲洗盖子，加入2 mL高氯酸，在赶酸仪上140 ℃加热10 min、180 ℃加热10 min、210 ℃加热至近干，稍冷，加入15 mL去离子水，加热，重复3次。转移溶液至50 mL容量瓶中，用去离子水定容（同时做试剂空白），在选定的仪器工作条件下测定各元素含量。

3.1 仪器工作条件

ICP光谱仪，射频功率1300 W，等离子气流量15 L/min，辅助气流0.2 L/min，雾化气流量0.55 L/min，水平轴向15 mm观测，试样流量1.5 mL/min。

Pb、Cd、Cu、Zn、Cr、Mn、Ni、Co、V、B、Ba、Be、Mo、Ti测定波长分别为283.3、228.8、324.8、213.9、267.7、257.6、231.6、228.6、292.4、249.8、455.4、313.0、202.0、334.9。

3.2 标准曲线及检出限

取配制好的混合标准溶液系列，在仪器工作条件下进行测定并绘制标准曲线。对1%HNO3空白溶液分别进行11次连续测定，以定容体积100 mL，称样量0.2 g计，取其标准偏差的3倍作为各元素的检出限，其线性回归方程、相关系数及检出限见表3。

3.3 法准确度和精密度

按照所建立的实验方法对土壤标准样品（GBW07304a）进行溶样并平行测定10次，分别进行准确度与精密度试验，结果见表4。由表4可知，本方法的测定结果与标准值基本一致，说明该方法测定结果准确可靠。方法精密度（RSD，n=10）<10%。

3.4 实际水系沉积物样品分析

利用建立的检测方法对玉溪市某水系沉积物样品进行6次平行测定，同时进行样品的加标试验，测定加标回收率，以保证检测的准确性。从表5可以看出，各元素的RSD均<7%，加标回收率在89%～110%，结果准确可靠。

4 结语

实验结果表明，选用HNO3-H2O2-HF体系微波消解水系沉积物是一种高效的样品处理方法，建立的电感耦合等离子体光谱（ICP）和石墨炉原子吸收光谱法联合测定14种金属元素，其线性关系、准确度、精密度、检出限及回收率均满足监测分析要求，并且高效、快速，可用于大量样品的多元素同时测定。用该方法对水系沉积物中金属元素进行测定，证明了本方法的可行性。

参考文献：

[1]贾 英， 方 明， 吴友军，等. 上海河流沉积物重金属的污染特征与潜在生态风险[J]. 中国环境科学， 2013， 33（1）：147～153.

[2]张 芬， 杨长明， 潘睿捷. 青山水库表层沉积物重金属污染特征及生态风险评价[J]. 应用生态学报， 2013， 24（9）：2625～2630.

[3]毛志刚， 谷孝鸿， 陆小明，等. 太湖东部不同类型湖区疏浚后沉积物重金属污染及潜在生态风险评价[J]. 环境科学， 2014， 35（1）：186～193.

[4]刘 成， 邵世光， 范成新，等. 巢湖重污染汇流湾区沉积物重金属污染特征及风险评价[J]. 中国环境科学， 2014， 34（4）：1031～1037.

[5]王 岚， 王亚平， 许春雪，等. 长江水系表层沉积物重金属污染特征及生态风险性评价[J]. 环境科学， 2012， 33（8）：2599～2606.

[6]洪 欣， 苏 荣， 王晓飞，等. ICP-AES在沉积物重金属分析中的应用研究进展[J]. 农村经济与科技， 2014（8）：22～23.

[7]郭丽萍， 唐 娟. 微波消解-电感耦合等离子体发射光谱法测定茶叶中的微量元素[J]. 食品科技， 2013（5）：303～307.

[8]陈永欣， 黎香荣， 韦新红，等. 微波消解-电感耦合等离子体质谱法测定土壤和沉积物中痕量稀土元素[J]. 岩矿测试， 2011， 30（5）：560～565.

[9]张 磊， 王晓艳， 李 波. 微波消解技术在金属分析中的应用[J]. 光谱实验室， 2010， 27（3）：953～957.