基体改进石墨炉原子吸收测定净水器自制水中的重金属

康凌之，俞卫平，王　聪（杭州职业技术学院，浙江　杭州　310018）



基体改进石墨炉原子吸收测定净水器自制水中的重金属

康凌之，俞卫平，王聪
（杭州职业技术学院，浙江杭州310018）

摘要：建立了石墨炉原子吸收分光光度法测定净水器自制水中重金属含量的方法，为水中重金属的测定提供可靠的途径。较系统地研究了基体改进剂磷酸二氢铵、硝酸镍、硝酸镁在测定净水器自制水中铬、镉、硒、镍元素的运用，并讨论了基体改进剂消除干扰的作用机理，同时确定了最佳的仪器测试条件。本方法用于测定净水器中的痕量元素，结果令人满意。

关键词：石墨炉原子吸收；自制水；重金属；基体改进剂

水中重金属残留与人体健康息息相关。尤其是水产品中重金属残留通常很低，大部分不会导致对人体的急性毒性作用，而往往会被忽视。如果长期摄食低剂量重金属的水产品而在人体内慢慢蓄积，这些重金属在水中不能被分解，将会严重危害人体的健康［1-2］。国家标准对人体内与饮用水中重金属含量有严格的规定，这使得研究饮水中重金属含量的试验方法具有重要意义。

现阶段应用于环境水质分析的重金属检测常用技术主要有以下方法：原子吸收光谱法（AAS）［3-4］、原子荧光法（AFS）［5］、电感耦合等离子质谱法（ICP-MS）［6］和紫外可见分光光度法［7］。从目前的检测技术来看，ICP-MS优点众多，在环境监测领域中应用广泛，被日本和欧盟国家所采用。但对现今国内大多数实验室而言，仪器成本高，不能广泛应用［8-9］。而紫外可见分光光度法的应用需要物质在紫外和可见光区有吸收，因此很少直接用于重金属的定量分析。由于原子吸收光谱法和原子荧光法的操作简单、费用低廉等特点，它们在重金属检测中占有重要的地位。

重金属检测是一项长期的经常性工作，它成了为水质安全保障不可缺少的部分。本研究以学院净水器自制水为研究对象，选择了合适的基体改进剂和最佳实验条件，对水质中的重金属元素进行测试，检测水中的重金属含量，确保水质的安全性。

1　材料与方法

1.1仪器与试剂

美国热电iCE3500型原子吸收光谱仪，铬、镉、硒、镍空心阴极灯，石墨炉原子化器，空气压缩机，高纯氩气（99.999%），高纯乙炔，硝酸、磷酸二氢铵为优级纯，硝酸镁、硝酸镍为高纯，铬、镉、硒、镍元素标准溶液（国家标准物质研究中心），玻璃器皿均用5%稀硝酸浸泡24 h以上。实验用水均为18 M Ω·cm超纯水。

1.2实验方法

1.2.1石墨炉原子吸收法

铬标准曲线的制备：精确量取适量铅标准储备液，用1%硝酸溶液分别制成0 ng/mL、5 ng/mL、10 ng/mL、15 ng/mL、20 ng/mL、25 ng/mL的溶液。分别精确量取1 mL铬标准储备液，加入0.5 mL 含1%磷酸二氢铵溶液，混匀后分别精确量取20 μL并注入石墨炉。

镉标准曲线的制备：精确量取适量镉标准储备液，用1%硝酸溶液分别制成0 ng/mL、0.8 ng/mL、2.0 ng/mL、4.0 ng/mL、6.0 ng/mL、8.0 ng/mL的溶液。分别精确量取20 μL并注入石墨炉。

硒标准曲线的制备：精确量取适量硒标准储备液，用1%硝酸溶液分别制成0 ng/mL、5 ng/mL、10 ng/mL、20 ng/mL、30 ng/mL、40 ng/mL的溶液。分别精确量取1 mL硒标准储备液，加入1 mL含0.2%硝酸镍的溶液，混匀后分别精确量取20 μL并注入石墨炉。

镍标准曲线的制备：精确量取适量镍标准储备液，用1%硝酸溶液分别制成0 ng/mL、5 ng/mL、10 ng/mL、20 ng/mL、30 ng/mL、4 0 ng/mL的溶液。分别精确量取1 mL镍标准储备液，加入1 mL含0.2%硝酸镁的溶液，混匀后分别精确量取20 μL并注入石墨炉。

石墨炉原子吸收测定的工作条件及参数、石墨炉的升温程序分别见表1、表2。

表2　石墨炉升温程序

1.2.2样品的预处理

应在采样后立刻用盐酸酸化至pH＜2保存。由于净水器自制水为澄清的水样，可加入1∶99硝酸直接测定。

2　结果与讨论

2.1石墨炉升温程序的选择

干燥条件的选择直接影响分析结果的重现性。为了避免在干燥过程中溶液暴沸，本文根据仪器的特点和元素的性质，干燥温度设置在100℃～120℃。

灰化及原子化温度的选择非常重要，这决定测试结果的精密度和准确度。本实验采用一定浓度的金属标准溶液在其他温度条件不变时，对同一溶液在不同灰化温度时进行测定，分别使灰化温度从500℃上升到1400℃，选择吸光值大而且背景吸收较小的温度作为灰化温度，本法采用1200℃、800℃、1100℃、1000℃分别作为铬、镉、硒、镍的灰化温度。灰化曲线如图1所示。

再采用一定浓度的金属标准溶液在其他温度条件不变时，对同一溶液在不同原子化温度时进行测定，不断改变原子化温度，测定铬、镉、硒、镍标准溶液，铬、硒、镍的原子化温度分别在2500℃、2200℃、2400℃后出现平台，镉在原子化温度为1200℃时，吸光度达到最大值。故分别选用这些温度作为最佳原子化温度。原子化曲线如图2所示。

原子化温度过低时对石墨管的清除能力不够，石墨管会对样品有记忆效应，应适当提高清除温度，故分别确定铬、镉、硒、镍的清除温度为2600℃、2500℃、2500℃、2600℃，经试验后能很好去除记忆效应。

图1　铬、镉、硒、镍的灰化曲线

图2　铬、镉、硒、镍的原子化曲线

2.2基体改进剂的选择

测定铬时，采用磷酸二氢铵溶液作为基体改进剂。加入磷酸二氢铵可与基体中的氯化物生成在380℃分解的氯化铵，于灰化阶段除尽，从而减小各种氯化物的基体干扰；而磷酸根的存在，可使铬与其生成磷酸盐，粘在石墨管表面上，从而降低铬的挥发度，减少灰化过程铬元素的灰化损失，有效地消除了分析中的干扰，大大地提高了测定的灵敏度［10］。

测定镉时，采用磷酸二氢铵溶液作为基体改进剂。灰化阶段镉与磷酸二氢铵形成少量的镉偏磷酸盐，并被大量的镉偏磷酸盐包夹，从而提高了灰化温度，有利于减小基体干扰［11］。

测定硒时，采用硝酸镍溶液作为基体改进剂。硒与镍形成热稳定性良好的金属化合物，提高了硒元素的热稳定性，使其在较高的灰化温度下也不至于蒸发损失，在较高的灰化温度下，除去共存的基体成分，克服基体干扰［12］。

测定镍时，采用硝酸镁作为基体改进剂。其作用机理是使镍嵌入镁的氧化物晶格中，延迟待测元素镍的挥发，使镍的灰化温度和原子化温度提高，避免在灰化阶段损失［13］。

2.3各重金属的标准工作曲线和线性范围

分别按照本研究中确定的参数条件对一系列标准溶液进行测定，根据浓度与相应的吸光度值绘制一元线性回归方程，并求得相关系数。实验表明：在线性范围内，各重金属元素浓度与吸光度线性良好。

表3　各重金属的标准工作曲线和线性范围

2.4样品测定结果

取净水器自制的水样，按照石墨炉最佳仪器条件，加入相应的基体改进剂，分别测定峰高，再用标准曲线法计算结果，每一结果平行测定五次，计算各组的相对标准偏差，结果见表4。测定结果显示：对照国家标准，水样中铬、镉、硒、镍的含量均符合标准，检验合格。且测定的精密度均在5%以下，表明测定方法获得了较好的精密度。

表4　样品测定结果

2.5加标回收试验结果

将水样加入一定含量的标准溶液，对其进行加标回收率实验。回收率在97.92%～100.22%之间，表明测定方法获得了较好的准确度。

表5　各重金属的加标回收试验结果

3　结论

本研究通过加入不同基体改进剂用石墨炉原子吸收法测定净水器自制水中重金属元素，结果表明：测定铬、镉时，加入磷酸二氢铵；测定硒时，加入硝酸镍；测定镍时，加入硝酸镁均有利于减小基体干扰。

通过优化灰化温度和原子化温度，确定了最佳的仪器测试条件，建立了各元素的标准曲线测得自制水的重金属含量，结果表明：净水器自制水中铬、镉、硒、镍的含量均达标，符合国家标准。并且该方法获得了较好的精密度和回收率。

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Determination of Heavy Metals in Homemade Water of Water Purifier by Graphite Furnace Atomic Absorption Spectrometry with Matrix Modifier

KANG Ling-zhi，YU Wei-ping，WANG Cong
（Hangzhou Vocational & Technical College，Hangzhou，Zhejiang 310018，China）

Abstract：This study had established the method of heavy metal content in water of water purifier by graphite furnace atomic absorption spectrophotometry.It provided a reliable way for the determination of heavy metals in water.The use of ammonium dihydrogen phosphate，nickel nitrate，magnesium nitrate as matrix modifier in determination of chromium，cadmium，selenium，nickel in homemade water of water purifier has been systematically studied.The mechanism of their eliminating effects was discussed.Meanwhile the best instrument test conditions were determined.Appling this method to analyze the elements in homemade water，the results were satisfactory.

Keywords：graphite furnace atomic absorptionspectrometry；homemade water；heavy metal；matrix modifier

文章编号：1006-4184（2016）5-0045-04

收稿日期：2015-12-24

基金项目：杭州职业技术学院校级科研项目（编号：ky201614）。

作者简介：康凌之（1990-），女，硕士研究生，助理实验师。E-mail：klz7774@163.com。