超声逆王水提取等离子光谱测定水系沉积物中多元素

商仲彬，欧阳荷，陈梓婷，容婕瑶

(1.华南农业大学, 广东 广州 510610；2.广州市城市排水有限公司,广东 广州 510335)

1 引言

水系沉积物是水体重金属的重要归宿和储存场所,也是潜在污染受体和污染源[1，2]，可迁移重金属会释放进入生态环境，污染物沉降与吸附在水体沉积物中累积、再释放[3～5]。目前水系沉积物微量及痕量元素的消解主要有碱熔法、混酸敞开消解、微波消解[6～10]等方法。传统的处理方法处理量受限，成本高，不利于大批量样品的处理。

电感耦合等离子体发射光谱法(ICP-OES)使用消解液建立工作曲线可以消除样品复杂的基体效应、掩盖部分光谱干扰,无需配制标准溶液,具有分析速度快、线性范围宽、可多元素同时检测等优点[11],已广泛应用于化工、环境、石油、矿产、冶金、生物、半导体、医学、材料分析等领域[12～15]。

本文以中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所(GBW07375 GSD-25、GBW07375 GSD-27、GBW07375 GSD-31)水系沉积物标准物质为研究对象，利用逆王水-氢氟酸为提取液，使用超声水浴辅助提取水系沉积物中Cu、Cr、Mn、Ni、Pb、Zn、As，再使用等离子光谱法测试，通过控制不同的逆王水用量、水浴温度、提取时间，拟建立一种普适性强、检测成本低、可适用于水系沉积物中Cu、Cr、Mn、Ni、Pb、Zn、As元素批量测定的方法，提高检测效率。

2 实验仪器与试剂

2.1 实验仪器

超声清洗仪：予华KQ-5200B(频率40kHz)；测试仪器：Perkin Elmer Avio200。

2.2 实验试剂与材料：

硝酸：UP级； 盐酸：优级纯；氢氟酸：HPLC，考虑到HF可能对测试仪器由腐蚀作用，实验用酸固定量为1mL；纯水：实验用水均为超纯水(电导率≤0.055 μs/cm)；氩气：>99.9999%；标液：Absolute Standards,inc 系列号100419多元素混合标准溶液质量浓度为100 μg/mL；水系沉积物标准物质：中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所。

3 结果与讨论

3.1 不同逆王水用量对标准物质中各元素测定结果的影响

为研究逆王水用量对水系沉积物标准样品中金属元素提取效果的影响，在固定标准物质样品量为100 mg、超声时间为90 min、水浴温度为90 ℃的工作条件下，王水的用量分别设定为3、5、10 mL，各金属元素的提取结果见表1。由表1可知，逆王水用量为3 mL时，标准物质的金属元素均出现较大的负误差，说明可能此时逆王水的用量不足，部分金属元素未被溶出，用量为5 mL时，标准物质金属元素的测定值均处在标准值范围内，可视为该标准物质的金属元素充分溶出，随着逆王水的用量增大至10 mL，部分测定结果的正误差均有增大，因此可认为逆王水最佳用量为5 mL。

表1 不同逆王水用量对标准物质中各元素测定结果的影响

3.2 不同提取时间对标准物质中各元素测定结果的影响

为研究超声提取时间对水系沉积物标准样品中金属元素提取效果的影响，在固定标准物质样品量为100 mg、逆王水的用量为5 mL、水浴温度为90 ℃的工作条件下，分别设定超声时间为30 min、45 min、60 min、90 min，各金属元素的提取结果见表2。由表2结果可知，超声提取时间为30 min、45 min时，标准物质的金属元素均出现较大的负误差，不在标准物质定值范围内，说明标准物质中的金属元素未被完全提取出来。当提取时间为60 min、90 min时，各金属元素的测定值均在标准物质的认定值范围内，随着时间的增加，金属元素的测定值未有明显变化，因此，可认为最佳超声提取时间为60 min。

表2 不同超声提取时间对标准物质中各元素测定结果的影响

3.3 不同水浴温度对标准物质中各元素测定结果的影响

考察不同水浴温度对水系沉积物标准样品中金属元素提取效果的影响。在固定标准物质样品量为100 mg、逆王水的用量为5 mL、超声时间为60 min的工作条件下，分别设定水浴温度为20 ℃、40 ℃、60 ℃、90 ℃，各金属元素的提取结果见表3。由表3结果可知，水浴温度为20 ℃、40 ℃时，测定结果与认定值有较大负偏差，这是由于在低提取温度下水系沉积物标准样品金属元素的溶出效率偏低导致。提高超声水浴温度，测定值逐渐增大，当水浴温度为60 ℃时，各金属元素的测定值均在标准物质的认定值范围内。随着水浴温度提高90 ℃时，金属的溶出率稍有提高，但个别元素的测定值超出了认定值范围，出现较大的正误差。因此，可认为最佳水浴提取温度为60℃。

表3 不同水浴温度对标准物质中各元素测定结果的影响

续表3

4 结论

通过对水系沉积物标准物质(GBW07375 GSD-25、GBW07375 GSD-27、GBW07375 GSD-31)测定，当称样量为100 mg，超声频率40kHz时，逆王水-氢氟酸超声水浴提取水系沉积物的最佳条件为逆王水用量5 mL，水浴温度为60 ℃，超声提取60 min，提取水系沉积物标准物质中Cu、Cr、Ni、Mn、Pb、Zn和As可准确测定。该测试方法灵敏度高，准确度、精密度和线性等指标良好，该前处理方法有利于降低水系沉积物金属元素的测试成本，提高测试效率。超声水浴-逆王水-氢氟酸联合等离子光谱法测定水系沉积物中Cu、Cr、Ni、Mn、Pb、Zn和As具有高效、安全、简便、准确等优点，可用于快速批量化检测。