电感耦合等离子体发射光谱法(ICP-AES)与火焰原子吸收法(AAS)测定水中铁、锰方法比对

邓晓庆

(云南省环境监测中心站，云南 昆明 650034)

测定水中铁锰常见的方法有原子吸收法、电感耦合等离子体发射光谱法、分光光度法。电感耦合等离子体发射光谱法作为一种新的分析方法，以检出限低、准确度及精密度高、线性范围宽、分析速度快、能同时对多元素进行测定的优点已经逐步应用到环境监测的常规分析中。火焰原子吸收法和等离子发射光谱法测定水中铁锰与分光光度法相比，操作简便快速、干扰少、且灵敏度高。笔者主要介绍了电感耦合等离子体发射光谱法和原子吸收法测定水中铁锰的分析条件，并对两种分析方法进行比对。结果表明两种方法测定水中铁锰均具有精密度高、准确度好的特点，且具有很强的可比性，都能满足水和废水中铁锰的测定。

1ICP-AES法

1.1 方法原理

过滤或消解处理过的样品在等离子体火炬的高温下被原子化、电离、激发［2］。不同元素的原子在激发或电离时可发射出特征光谱，特征光谱的强弱与样品中原子浓度有关，即可定量测定样品中各元素的含量。

1.2 实验条件

1.2.1 仪器

美国Leeman公司Profile型电感耦合等离子体发射光谱仪，直读式中阶梯光栅顺序扫描型，WINICP 1.3操作软件。

1.2.2 试剂

(1)纯水(二级)。

(2)盐酸(HCL)：优级纯。

(3)1%盐酸溶液：用盐酸2)配制。

(4)(1+1)盐酸：用盐酸2)配制。

(5)硝酸(HNO3)：优级纯。

(6)氩气：钢瓶气，纯度≥99.99%。

(7)标准溶液，见表1。

表1 标准溶液一览表

1.3 测定

1.3.1 标准系列溶液的配制

用500 mg/L铁、锰标准溶液逐级稀释为10 mg/L铁锰混合标准使用溶液，分别取10 mg/L铁锰混合标准使用溶液 0.00，1.00，2.50，5.00，10.00 mL于5个50 mL容量瓶，用1%盐酸溶液定容，摇匀配制成 0.00，0.20，0.50，1.00，2.00 mg/L铁锰混合标准系列。

1.3.2 样品的预处理

(1)测定溶解态元素：样品采集后立即通过0.45 μm滤膜过滤，加入盐酸至含量达到1%。

(2)测定元素总量：直接上机或取25.00 mL的样品加2 mL硝酸在电热板上消解，冷却后定容至25.00 mL比色管。

(3)空白溶液：取与样品相同体积的水按相同手续制备试剂空白溶液。

1.3.3 仪器工作条件

(1)仪器工作条件的优化

利用仪器工作软件优化雾化器压力及样品提升速率，先固定某一样品提升速率，在不同雾化器压力条件下吸喷10 mg/L锰标准溶液，工作软件寻找到%RSD(强度短期稳定性)最小时所对应的雾化器压力即为最佳雾化器压力;在最佳雾化器压力条件下，在不同样品提升速率条件下寻找到%RSD(强度短期稳定性)最小时所对应的样品提升速率即为最佳样品提升速率，实验经过优化后的雾化器压力为53 PSI，样品提升速率为0.9 mL/min。测定铁锰仪器工作条件见表2。

表2 仪器工作条件

(2)分析谱线的选择

仪器推荐的铁分析谱线有259.940 nm和238.204 nm，其中259.940 nm谱线的信背比为4 800，主要干扰元素为 Ir、Pa，而 238.204 nm 谱线的信背比为6 500，主要干扰元素为Co，根据自然环境中的特点，选用干扰最少的259.940 nm谱线作为铁的分析谱线。

仪器推荐的锰分析谱线有257.610 nm和259.373 nm，其中 257.610 nm 谱线的信背比为22 000，主要干扰元素为 Fe、Hg、Te，而 259.373 nm谱线的信背比为19 000，主要干扰元素为 Fe、Ti、Mo、Na，根据自然环境中的特点，选用谱线的信背比最高，干扰最少的257.610 nm谱线作为锰的分析谱线。测定铁锰元素采用的分析波长条件表3。

表3 测定铁锰元素采用的分析波长条件

1.3.4 样品测定

等离子体稳定后，由低至高依次分析标准系列各溶液，确认工作曲线后，用质控样检查工作曲线准确无误后，可进行样品的分析。

1.4 校准与数据结果

1.4.1 标准曲线的绘制

根据标准系列各溶液浓度和相应的强度绘制标准曲线。铁锰元素电感耦合等离子体发射光谱法标准曲线回归方程见表4。

表4 ICP-AES法标准曲线

1.4.2 样品结果的计算

由样品的强度，从标准曲线上可获得样品的相应浓度c，以mg/L计。如果试样在测定前进行了稀释，应将测定结果乘以一个相应的倍数。测定结果保留3位有效数字。铁锰元素电感耦合等离子体发射光谱法已知样测定结果见表5，未知样测定结果见表6。

表5 ICP-AES法已知样结果

表6 ICP-AES法未知样结果

2AAS法

2.1 方法原理

由光源发出的特征辐射能被试样中被测元素的基态原子吸收，使辐射强度减弱，从辐射强度减弱的程度与样品中原子浓度有关，从而定量测定样品中铁、锰元素的含量。

2.2 实验条件

Thermo Elemental Solaar M6原子吸收光谱仪(氘灯，塞曼扣背景)、铁、锰空心阴极灯(北京朝阳天宫电器厂)。

2.3 测定

AAS法采用的试剂、标准溶液配制、样品预处理、样品测定均同ICP-AES法。

测定铁、锰火焰原子吸收仪器工作条件见表7。

表7 测定铁、锰火焰原子吸收仪器工作条件

2.4 校准与数据结果

2.4.1 标准曲线的绘制

铁锰元素火焰原子吸收法标准曲线回归方程见表8。

表8 AAS法标准曲线

2.4.2 样品结果的计算

铁锰元素火焰原子吸收法已知样测定结果见表9，未知样测定结果见表10。

表9 AAS法已知样结果

表10 AAS法未知样结果

3 结果与讨论

3.1 标准曲线的绘制

以测得的强度(吸光度)与对应的浓度绘制标准曲线，铁锰元素呈现了良好的线性关系，相关系数均＞0.995，两种方法元素相关性见表11，均满足分析要求。

表11 元素相关性

3.2 方法检出限、精密度、准确性

3.2.1 检出限

对空白进行11次测定，据IUPAC建议检出限LOD=3SD，SD为空白11次的浓度值的标准偏差，两种方法元素检出限见表12，均满足分析要求。

表12 元素检出限

3.2.2 精密度

对同一标准未知样品重复6次测定，两种方法相对标准偏差均满足分析要求见表13。

表13 元素标准偏差

3.2.3 准确度

对国家标准样品进行测定，均在国家标准值范围内，准确度高，进行加标回收率实验，加标回收率结果见表14。

表14 加标回收率结果

4 结论

ICP-AES法和AAS法测定水中铁、锰检出限低，准确度高，精密度好，结果准确可靠，操作简便，均可以应用于环境监测的日常常规分析中。两种方法所测结果均有很强的可比性，区别在于电感耦合等离子体发射光谱法可多元素同时测定，分析速度更快，但是购买仪器价格较高，同时使用成本也较高，建议多元素测定时使用电感耦合等离子体发射光谱仪，单元素测定时使用火焰原子吸收光谱仪，这样既节约使用成本，也充分发挥了各台仪器的优点。

［1］国家环保局.水和废水监测分析方法，第四版增补版［M］.北京：中国环境科学出版社，2002.

［2］邓晓庆.电感耦合等离子体发射光谱法测定土壤铜锌锰镍铬钒全钾［J］.环境科学导刊，2010，29(6)：90-92.