测定水中钙、镁元素ICP—OES法和离子色谱法的比对研究

陈辉标

摘 要：目的：采用ICP-OES法和离子色谱法测定水中钙、镁元素，对两种方法进行比较。方法：ICP-OES法和离子色谱法对不同来源的10种水样品进行测定。结果：比较两种方法的灵敏度、准确度、精密度，ICP-OES比IC分析快10倍。结论：对于钙的测定选用ICP-OES法，镁含量的测定选用离子色谱法，但ICP-OES法快速测定，并有许多元素的特点，适合于批量样品分析。

关键词：ICP-OES法；离子色谱法；水；钙；镁

中图分类号：X832 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）33-0209-02

水中镁含量的测定方法较多，滴定法是一种经典的方法，但操作繁琐、耗时；原子吸收法一次只测定一种元素，线性范围窄，基体干扰严重。离子色谱法测定钙、镁含量的检测方法测定水的质量，精度高，简单，敏感度高等特点，但试验周期的线性范围宽，相对较长。ICP-OES分析方法可测多元素，相比于传统的分析方法具有无可比拟的速度、灵敏度高、精密度好，准确度高和减少化学干扰的优点，广泛应用于冶金、矿山、水质、环境等领域。比较研究，用ICP—OES法和离子色谱法研究结果显示，ICP-OES法和离子色谱法的灵敏度，精度相当，但ICP-OES法快速，适用于大批量样品的分析测试。

1 材料与方法

1.1 主要仪器

美国热电公司IRIS Advantage电感耦合等离子体发射光谱仪，玻璃同心雾化器，全谱直读；美国戴安公司ICS- 3000 型离子色谱仪。

1.2 标准溶液

国家有色金属及电子材料分析测试中心钙、镁单元素标准溶液，质量浓度为1 000 μg/mL。离子色谱淋洗液：磺胺酸钠淋洗液，浓度为10.0 mmol/L。

1.3 试验方法

1.3.1 钙、镁标准系列的配制

ICP-OES法工作曲线：取钙、镁单元素标准溶液配制混合标准系列，钙标准系列质量浓度分别为：0 mg/L、10 mg/L、

20 mg/L、50 mg/L、80 mg/L、100 mg/L；镁标准系列质量浓度分别为：0 mg/L、1.0 mg/L、2.0 mg/L、5.0 mg/L、8.0 mg/L、10.0 mg/ L。离子色谱法工作曲线：钙、镁混合标准系列的质量浓度同ICP-

OES法。

1.3.2 样品处理

澄清样品直接进样；有悬浮物或沉淀样品可用微孔滤膜（0.45 M）过滤样品。

1.3.3 ICP-OES法仪器工作条件

RF功率：1 150 W；雾化器压力：19.5 psi（约134 kpa）；辅助气流速：1.0 L/min；样品提升量：1.85 mL / min；积分时间：High WL 10S，LowWL20S；读数次数：2次；分析谱线：Ca （317.933 nm），Mg （285.213 nm）。

1.3.4 离子色谱法仪器工作条件

分离柱：IonPaCS12A（4×250 mm），保护柱：CG12A（4×50 mm）；抑制器CSRS-4 mm；淋洗液流速：1.0 mL/min；电流：59mA；进样量：50μL；分析时间：15 min。

2 结果与讨论

2.1 ICP-OES 法与离子色谱法工作曲线比较

根据这两种实验方法进行了测定，建立了钙、镁两种元素的标准工作曲线、标准曲线方程和相关系数。两种不同检测方法在选择的两种元素含量和光照强度的浓度范围内的线性相关系数均大于0.9995。

2.2 两法测定实际水样结果比较

2.2.1 水样测定

取10份不同的水样，都进行ICP-OES法和离子色谱法的测定，见表1。

进行两结果的偏差计算，差异无统计学意义，ICP-OES之间的差异可以认为是离子色谱法测定的结果无显著性差异。

2.3 测定结果比较

两种方法同时测定其中钙、镁的含量，结果见表2。

由表2不难发现，两法测定的结果都在规定误差内，说明了两种方法都具有良好的准确性。

2.4 两法测定速度的比较

试验表明，两种方法测定水中的钙，镁之间存在明显的差异。对钙、镁离子色谱测定需要约15 min，ICP-OES法测定钙镁大约1.5 min，ICP-OES法分析速度是离子色谱法的10倍。如果用离子色谱法同时测定，样品可以测定6种阳离子，单样本的ICP-OES法可测定10种离子。在多组分测定，ICP-OES法具有更多的优点。

3 ICP- OES的发展

1961年，Reed是率先设计高频放电装置CIP，使用定向气流冷却维持ICP火焰稳定性，并在同心石英管装置的三层设计。他还研究了温度场和功率平衡和CIP高频效应。Reed在Greenfield和V.A.fassel的工作中得到很大的启发，他们把CP装置放在里德原子发射光谱仪中，在1964个研究报告并通过ICP光谱分析技术在1965出版，创建一个新的篇章。原子发射光谱法作为一种新的光提高激励的稳定来源，降低基体效应、宽的线性动态具有体积小，自吸等优点。

我们在1969～1964年期间，设计早期阶段分析的电感耦合等离子体发射光谱。在这一阶段，研究人员自行组装了自己的检测装置，对检测限、特性和光谱干扰的影响进行了研究。

第二阶段是在1970～1975年，在这期间，他们广泛研究了设备的性能、光源特性、分析条件、干扰效应和实际样品的分析，商业ICP-OES多通道仪器的应用研究实验室（ARL），开辟了一个新的阶段和在ICP光谱仪中得到应用推广。研究人员对ICP原子发射光谱仪的开发研究中大胆的取样和检测技术、ICP原子发射光谱分析技术越来越完善，成熟的ICP-OES是最常用、最成熟的采样方式是气动雾化形成气溶胶的方式解决，但对于一些难降解的样品，采样液气溶胶产生有限的固体采样方法固体应运而生。样品有两种，一是在同一个ICP样品汽化和激励，如固体粉末样品导入法、插入法、悬浮液雾化法，另一是气化的样品和激发在两个独立的系统，如电火花、电弧蒸发法。此外，氢化物发生对样品处理的灵活性增强注塑技术的研究，提高检测的对象，加强ICP的功能，但也存在一定的局限性，需要进一步完善ICP-OES探测器从原来的光谱测量在黑夜中的光电二极管，光电倍增管，CDC系列（CCD，SCD，CID），技术已经改变了这个时代革命，这是一种光电效应、集成电路、半导体放大集成块。当半导体硅芯片中心矩阵元的可见光，光电效应产生的芯片上的电荷，具有一定的潜力，在硅晶片表面上的离散存储陷阱电荷的势阱，形成元素检测器，在移动芯片的光电效应。一个包含成千上万到数百万微小的疾病预防控制中心芯片。一个平面检测阵列可以定位在同一行或收集同一列电荷一起发送到输出，然后安装在芯片的角落里的输出放大器，信号被发送到计算机。虽然CCD器件具有灵敏度高、噪声低的优点，光谱范围宽、动态响应范围宽，几何尺寸小等优点，高曝光过度，但也不能完全代替CDC系列探测器光电倍增管ICP原子发射光谱仪。

目前，主要有四种：ICP光谱仪，多通道ICP光谱仪，顺序扫描ICP光谱仪、全谱直读光谱仪，光谱仪的ICP中的平面光栅光谱仪ICP光源，多通道ICP由一平面光电倍增管的光栅光谱仪，固定波长信道的测量精度，同时测定，分析速度快。ICP顺序扫描光谱仪是通过光栅的旋转，光谱波长顺序通过狭缝，然后由光电倍增管检测。它的优点是灵活的测定，适用于在一定范围内的全谱分析。ICP全谱直读光谱仪中阶梯光栅使用CTD探测器可以同时进行全谱直读测定。

4 结 语

试验结果表明，ICP-OES法和离子色谱法测定水中钙，镁的灵敏度、精度、精度、工作曲线的相关性没有显著差异，但ICP-OES方法比离子色谱是速度的10倍，更适合于样品的测定。

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