ICP-AES法测定油田水中钾、钠、钙、镁

孔 艳

（大庆油田有限责任公司 勘探开发研究院 中心化验室，黑龙江 大庆 163712）

分析测试

ICP-AES法测定油田水中钾、钠、钙、镁

孔 艳

（大庆油田有限责任公司 勘探开发研究院 中心化验室，黑龙江 大庆 163712）

采用ICP-AES法同时测定了大庆油田水中钾、钠、钙、镁4种常量金属元素的含量。研究了酸度效应及元素间的相互干扰情况，并进行了检出限、准确度及精密度试验。结果表明，线性相关系数大于0.999，加标回收率为95.4%~104.0%，相对标准偏差为0.56%~1.14%，均可满足要求。方法具有样品前处理简单，干扰少，测定快速、准确，可进行多元素同时分析等优点，适用于油田水中钾、钠、钙、镁等常量元素的测定。

ICP-AES；油田水；钾；钠；钙；镁

Abstract:A method for the simultaneous determination of K、Na、Ca、Mg constantmetal elements in Daqing oil field water by ICP-AES was presented.The acidity effect and mutual interference between elements were studied;the detection limits,accuracy and precision test were carried on.The experimental results showed the linear correlative coefficient were higher than 0.999,the recoveries were in the range of 95.4%～104.0%and the relative standard deviation（RSD）valueswere 0.56%～1.14%,all canmeet the requirements.Themethod had the advantages of simple sample preparation,less interference and fast,accurate and simultaneous multi-element analysis and so on,which was suitable for the analysis of K、Na、Ca、Mg constantelements in oil field water.

Key words:ICP-AES;oil field water;potassium;sodium;calcium;magnesium

油田水是与地下石油、天然气伴生在一起的水体，具有高矿化度、化学成分含量相差悬殊并含有大量不溶性颗粒物、有机物等特点。了解和研究油田水，对于揭示地下水或储油介质和油气之间的物质、能量交换特征，以及油气起源和演化均有重要意义[1]。

目前，油田水中钾、钠、钙、镁4种金属元素的测定方法主要有电感耦合等离子体原子发射光谱法（ICP-AES）、火焰原子吸收光谱法（FAAS）、离子色谱法、络合滴定法等。火焰原子吸收光谱法、络合滴定法等方法的一个主要特点是一份试样溶液不能同时对多种元素测定，操作繁杂且费时。而离子色谱法、ICP-AES法则可以做到在一份试样溶液中同时对其所含的多种元素一次测出。本实验选择ICP-AES法测定油田水中钾、钠、钙、镁4种金属元素，ICP-AES法具有操作简单，检出限低，分析速度快，线性范围宽，结果准确可靠等特点。

油田水中含有一定的有机成分，但本文所研究油田水放置一段时间后澄清透明，并没有分层现象，因此，本实验不考虑有机质的干扰问题。

1 实验部分

1.1 主要仪器与试剂

美国Thermo Elemental ICAP 6300型全谱直读等离子发射光谱仪。

钾、钠、钙、镁标准储备液，均购自国家标准物质研究中心，浓度为 100mg·L-1或 1000mg·L-1；

钾、钠、钙、镁工作标准溶液：用以上4种元素的标准储备液为母液，稀释不同的倍数制备钾、钠、钙、镁的标准溶液系列，介质为1%HCl，浓度值见表1。

高纯 Ar，纯度 99.99%（V/V）以上；

盐酸、硝酸为优级纯；实验过程中所用水均为超纯水。

1.2 仪器工作条件

仪器的工作参数主要是指雾化室压力、RF功率、辅助气流量、观测高度等，对测定效果影响很大。通过实验，兼顾到较小的干扰效应，较大的仪器稳定性，最佳测定效果，将仪器工作参数定为：高频功率为950W，冷却气流量为14L·min-1，辅助器流量为0.5L·min-1，雾化器压力为0.21MPa，积分时间为长波15s，短波5s，垂直观察高度15mm。

表1 工作标准溶液的浓度（mg·L-1）Tab.1 The concentration ofworking standard solution（mg·L-1）

1.3 试验方法

1.3.1 样品溶液的制备 样品采集后立即通过0.45μm滤膜过滤，弃去初始的50～100mL溶液，收集所需体积的滤液，并用HCl把溶液酸度调节至与标准溶液酸度一致。

1.3.2 标准曲线的绘制及试样分析 工作标准溶液配制好后，待仪器稳定，在选定的最佳工作条件下，以1%HCl溶液为空白，将工作标准溶液依次喷入，用标准溶液将仪器标准化，绘制校准曲线。然后再将酸化后的水样以同样的方法直接测定。

2 结果与讨论

2.1 分析线的选择

分析线的选择恰当与否直接影响到结果的准确性以及方法的可靠性。因此，待测元素波长的选择是分析过程中的重要环节，选择被测元素的分析线必须考虑其灵敏度、背景干扰等因素。ICP-AES法对每个元素的测定都可以同时选择多条特征谱线，而且光谱仪上有同步背景校正功能。本实验从仪器分析线数据库中调取钾、钠、钙、镁各分析线中的灵敏线及次灵敏线2～3条谱线进行测定，综合分析强度、干扰情况及稳定性，同时考虑到钾、钠、钙、镁在油田水中的浓度比较高，选择谱线干扰少、精密度好、背景低的谱线作为分析谱线。结果见表2。

2.2 检出限试验

在测定条件下，重复测定空白溶液11次，取其3倍标准偏差所对应的浓度为元素的检出限，其结果见表2。

表2 分析线和检出限Tab.2 Analytical line and detection limit

2.3 酸度效应

基体效应的存在是ICP中主要干扰类型之一，而ICP系统的雾化部分所发生的变化对基体效应的影响很大，由于溶液的雾化效率受到溶液酸介质及其浓度等性能的影响，因此，必须选择一个适当的酸介质，以消除由于酸介质所带来的基体干扰。实验考察了HNO3、HCl为介质及其不同浓度对测定的影响。实验表明，HNO3介质在酸度为4%以上时，对于Ca、Mg测定有影响，会使测定结果有所偏高。HCl介质在酸度为6%以下时对测定无影响。为使标准溶液系列和样品的酸度一致，所以在样品中加入酸与标准系列酸度及种类一致，以消除基体效应。

2.4 背景校正

ICP-AES法中最主要的干扰是光谱干扰，包括连续背景辐射和谱线重叠干扰。由于本实验所用仪器的光学系统采用的是高能量中阶梯光栅石英棱镜交叉色散内光路，具有较高的线色散率，因而谱线重叠干扰大大减少了，对于所测定的元素的分析线均未出现谱线重叠干扰。对于连续背景辐射，通过谱线轮廓选择正确的背景测量点，采用双侧扣背景方式进行校正。

2.5 共存离子的干扰

本文所研究的油田水为NaHCO3型高矿化度油田水，油田水的组分构成特殊，碱金属Na、K含量相对较高。对含量较高的Na、K、Ca、Mg及油田水中常量金属元素 Cu、Zn、Mn、Ni、Cr、Fe、Sr、Ba 进行干扰试 验 表 明 ：10mg ·L-1：Cu、Mn、Ni、Cr、Fe、Sr、Ba；50mg·L-1：Mg、K 及 Ca 均不干扰水中 Na、K、Ca、Mg的测定。50mg·L-1的 Na不干扰 Ca、Mg的测定，但干扰K的测定。10mg·L-1的Zn不干扰Ca、Mg的测定，但对Na稍有干扰，通过背景校正可消除。

2.6 准确度与精确度

本文采用加标回收实验来测定方法的准确度。在样品中加入适量待测元素，分别测定原样及加标后样品中各元素含量。重复加标回收3次，以平均值计算各元素的加标回收率。结果见表3。

表3 加标回收试验Tab.3 Test for recovery

根据试验方法，对样品做10次平行测定，结果见表4。

表4 精密度试验Tab.4 Precision experiment

3 结论

由表3、4可以看出，加标回收率在95.4%～104.0%之间，方法的准确度较好，相对标准偏差（RSD）在0.56%～1.14%之间，说明本方法的精密度较好，能满足测定要求。但是对样品稀释不同倍数进行测定时，所测值稍有差距。对样品进行20倍、50倍稀释测定时，由于样品稀释倍数较低，Na、K浓度过高，会有自吸现象，同时对Ca、Mg的测定有影响，导致测定结果偏低。所以运用ICP-AES法对油田水样中 K、Na、Ca、Mg进行测定时，如果 Na、K浓度过高，样品至少要稀释100倍进行测定。通过试验证明，ICP-AES法可以简便、快速，准确对油田水中钾、钠、钙、镁进行测定。

［1］史亚利，刘京生，蔡亚岐，等.离子色谱法测定高氯、高钠油田回注水中的阴、阳离子及有机酸［J］.色谱，2004，22（6）:646-649.

［2］国家环境保护总局《水和废水检测分析方法》编委会.水和废水监测分析方法（第4版）[M].北京:中国环境科学出版社，2002，291-298.

［3］辛仁轩.CID-ICP-AES测定碱土金属的分析性能［J］.光谱学与光谱分析，2004，28（4）:477-480.

Determ ination of K、Na、Ca、M g in oil field water by ICP-AES

KONG Yan
（Central laboratory,Exploration and Development Research Institute Daqing Oilfield Co.,Ltd.,Daqing 163712,China）

O657.31

A

1002-1124（2011）02-0025-03

2010-11-29

孔 艳（1977-），女，工程师，主要从事油田水分析研究工作。