液相色谱-原子荧光光谱联用法测定地下水中的三价砷和五价砷

陆守平 陈 曦 刘 洋 周月双

(天津市地矿测试中心，天津 300191)

液相色谱-原子荧光光谱联用法测定地下水中的三价砷和五价砷

陆守平 陈 曦 刘 洋 周月双

(天津市地矿测试中心，天津 300191)

建立了一种利用液相色谱-原子荧光光谱联用法测定地下水中三价砷和五价砷含量的方法。流动相为磷酸二氢钾和磷酸氢二钠，流速1.0 mL/min，方法的标准曲线线性相关性好，进样后在10 min内分离、测定完毕，操作自动化程度高，重现性好，方法准确可靠，检出限低(As3+、As5+都是0.02 μg/L)，可同时测定地下水中As3+、As5+的含量。

地下水；液相色谱-原子荧光光谱联用法；As3+；As5+

前言

砷是自然界中具有较强毒性和致癌作用的元素，砷按形态可分为：三价砷、五价砷、二甲基砷、一甲基砷。二甲基砷、一甲基砷属于有机砷，三价砷和五价砷是无机态砷，无机态砷毒性远大于有机态砷，危害最大。无机砷在自然界中分布广泛,人类因饮用了受污染的地下水,导致无机砷中毒；用无机砷含量过高的地下水浇灌的农作物、蔬菜和果树,由于无机砷的迁移会导致谷物、蔬菜和水果中无机砷的含量超标,对人体的健康造成危害。目前大多数人测定地下水中的砷只是总砷,总砷包括无机态砷和有机态砷。建立了利用液相色谱-原子荧光光谱联用法测定地下水中的无机态砷(As3+、As5+)的方法。一次进样100 μL，样品中不同形态的砷在弱酸性磷酸盐缓冲液流动相条件下，与色谱柱固定相上的离子交换基团相互作用，按照作用力的大小，As3+先被洗脱、As5+后被洗脱，依次与盐酸(5%)溶液混合后加入碱性硼氢化钾(20 g/L)溶液，形成砷化氢气体，由载气(高纯氩气)直接导入石英管原子化器中，进而在氩氢火焰中原子化。基态原子受特种空心阴极灯光源的激发，产生原子荧光，通过检测原子荧光的相对强度，利用荧光强度与溶液中不同价态砷含量成正比的关系，计算出样品中相应价态砷的含量。10 min内完成分离、测定，测定结果准确，为研究砷在环境中的赋存状态与毒性关系提供了快速的分析方法。

1 实验部分

1.1仪器与材料

LC-AFS6500液相色谱-原子荧光光谱联用仪(北京科创海光仪器有限公司)、自动进样器(S5300)、砷空心阴极灯、高纯氩气、0.43 μm水相滤膜、水为一级水(电阻率为18 MΩ·cm)。

1.2主要试剂

硼氢化钾、磷酸二氢钾、磷酸氢二钠均为分析纯试剂。

1.3标准溶液和试剂的配制

As3+标准溶液(1 μg/mL)：用移液枪吸取20 μL(以砷计浓度为75.7μg/mL)As3+标准储备溶液，用高纯水定容至1.5 mL，摇匀。

As5+标准溶液(1 μg/mL)：用移液枪吸取86 μL(以砷计浓度为17.5μg/mL)As5+标准储备溶液，用高纯水定容至1.5 mL，摇匀。

硼氢化钾溶液(20 g/L)：称取2.0 g的NaOH，放入500 mL的烧杯中，加入约30 mL的去离子水后使之溶解，再加入10 g KBH4，最后用去离子水稀释至500 mL，摇匀备用。

流动相(pH约5.92)：准确称取0.895 4 g磷酸氢二钠，3.026 g磷酸二氢钾放入500 mL烧杯中，用约200 mL高纯水溶解，完全溶解后再用高纯水稀释至500 mL，摇匀。然后用0.43 μm水相滤膜过滤，再经超声脱气后方可使用。

在线氧化剂：称取5.0 g K2S2O8(分析纯)，放入500 mL的烧杯中，加入约1/3体积的去离子水后使之溶解，再加入1 g NaOH，最后用去离子水稀释至刻度，摇匀备用。

价态砷混合标准系列：用移液枪吸取浓度为1 μg/mL的价态砷(As3+、As5+)标准溶液各4、10、20、40、80、100 μL于6个5 mL的标准管里，用高纯水定容至2 mL，摇匀。浓度分别为2、5、10、20、40、50 μg/L。

1.4色谱条件

流动相流速1 mL/min、进样体积100 μL、泵转速120 r/min。

流动相(pH约5.92)：磷酸氢二钠溶液(5 mmol/L)+磷酸二氢钾溶液(45 mmol/L)。

流动相洗脱方式：等度洗脱、恒流模式。

1.5水样采集与测试

用清洗干净的样品瓶采集地下水或所需测试的水样，水样采集后密封，常温下保存，一般不超过24 h测定，否则As3+、As5+的浓度会发生变化。水样需经滤膜过滤去除杂质后才能上机测定。

测定总砷时原子荧光测定条件：以盐酸溶液(5%)为载流，加入碱性硼氢化钾 (20 g/L)还原剂溶液，混合产生还原剂氢气，样品分离物与H2生成AsH3气体。载气流量300 mL/min，屏蔽气流量900 mL/min，主电流30 mA，辅电流 15 mA，负高压300 V，原子化器高度8 mm。将配制好的As3+、 As5+混合标准溶液根据浓度值的高低按标准溶液号依次放入自动进样器内,设置好仪器的测定条件，先测标准曲线点，然后再测水样；按仪器条件依次进样，进样体积为100 μL。

2 结果与讨论

2.1标准曲线谱图的绘制

标准空白溶液及标准溶液系列点在选定的最佳仪器工作条件下测定(测总砷时选出的)，以系列点的浓度值为横坐标(X)，以峰面积相应值为纵坐标(Y)，仪器自动绘制出标准工作曲线和标准曲线谱图。经过多次测定,最终选择出标准浓度值与峰面积成正比,且线性关系良好的工作曲线,曲线的相关系数达到0.999 8,最终确定的浓度点: 2、5、10、20、40、50 μg/L。

As3+和As5+的谱图(As3+先出峰，As5+在后)和标准曲线如图1-图3所示。

图1 As3+、As5+标准曲线谱图Figure 1 Spectra of As3+, As5+ in standard sample.

图2 As3+的标准工作曲线Figure 2 Calibration curve for the detection of As3+.

图3 As5+的标准工作曲线Figure 3 Calibration curve for the detection of As5+.

2.2色谱条件的优化

采用阴离子色谱柱，以不同浓度的磷酸氢二钠溶液和磷酸二氢钾溶液作为流动相，考察流动相浓度对三价砷和五价砷分离的影响。当流动相的浓度高于磷酸氢二钠溶液(5 mmol/L)+磷酸二氢钾溶液(45 mmol/L)时，三价砷和五价砷基线分离不好；当流动相的浓度低于磷酸氢二钠溶液(5 mmol/L)+磷酸二氢钾溶液(45mmol/L)时，五价砷的保留时间延长，同时色谱峰特别是五价砷的峰展宽严重。当流动相的浓度为磷酸氢二钠溶液(5 mmol/L)+磷酸二氢钾溶液(45 mmol/L)时，三价砷和五价砷能够在10 min内完全分离。最终选择流动相(pH约5.92)的浓度为磷酸氢二钠溶液(5 mmol/L)+磷酸二氢钾溶液(45 mmol/L)。流动相的速度太快，三价砷和五价砷分离不好；流动相速度太慢，三价砷和五价砷分离时过长，谱图拖尾严重。当流动相的流速为1 mL/min时，分离效果、谱形图都比较好。

2.3硼氢化钾浓度对荧光强度的影响

考察了硼氢化钾的质量浓度分别为5、10、15、20、30 g/L时对荧光强度的影响，结果表明，当硼氢化钾的质量浓度为20 g/L时，三价砷和五价砷均能获得较高的荧光强度及较好的精密度。当硼氢化钾浓度高于或低于20 g/L时，荧光信号的稳定性较差。故本实验选用硼氢化钾溶液的浓度为20 g/L。

2.4准确度和精密度实验

为了验证方法的准确性、重现性，分别对地下水样品进行加标回收实验。用浓度值为 40.0 μg/L的混合标准溶液点连续测试8次。表1为地下水中三价砷、五价砷加标实验测得的回收率，表2为三价砷、五价砷混合标准溶液测得的相对标准偏差数据。三价砷加标回收率在 91.5%～95.8%，五价砷加标回收率在91.0%～93.8%范围内。精密度由分析结果计算得出：三价砷的相对标准偏差为3.4%、五价砷相对标准偏差为3.3%，这表明方法有很好的重现性和准确度，用此方法测定三价砷和五价砷结果可靠。

表1三价砷和五价砷的加标回收实验

Table1Trivalentarsenicandpentavalentarsenicoftherecoverytest/(μg·L-1)

3 结论

通过对色谱条件的优化、试剂浓度的选择、标准曲线的选用及准确度和精密度的实验，可以得到用液相色谱-原子荧光光谱联用法测定地下水中的三价砷和五价砷具有分析灵敏度高、线性范围宽、准确度、精密度好、光谱干扰及化学干扰少的独特优点，是地下水分析中价态砷测定的准确有效方法。将本方法运用于实际水样的测定，通过对加标回收率、相对标准偏差测定，证明分析结果稳定可靠，方法具备实际应用和推广普及价值。

表2 三价砷和五价砷的精密度实验Table 2 The precision test of trivalent arsenicand pentavalent arsenic /(μg·L-1)

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DeterminationofTrivalentandPentavalentArsenicinGroundwaterbyaCombinedLiquidChromatography-atomicFluorescenceSpectroscopyTechnique

LU Shouping, CHEN Xi, LIU Yang, ZHOU Yueshuang

(TianjinGeologicalMineralAnalysisCenter,Tianjin300191,China)

A method to determine trivalent and pentavalent arsenic in groundwater by a combined liquid chromatography-atomic fluorescence spectroscopy (LC-AFS) was established based on the mobile phase of potassium dihydrogen phosphate and disodium hydrogen phosphate with the flow rate of 1.0 mL/mim.This approach achieved simultaneous analysis of As3+and As5+within 10 min. Showing good linearity, low detection limit of 0.02 μg/L, high degree of automation and excellent repeatability.

groundwater; liquid chromatography-atomic fluorescence spectrometry; As3+; As5+

10.3969/j.issn.2095-1035.2017.03.004

O657.31；TH744.16

A

2095-1035(2017)03-0012-04

2017-02-14

2017-03-22

陆守平，女，工程师，主要从事分析测试研究与技术管理。E-mail：lsp960806@163.com

本文引用格式：陆守平,陈 曦,刘洋,等.液相色谱-原子荧光光谱联用法测定地下水中的三价砷和五价砷[J].中国无机分析化学,2017,7(3):12-15. LU Shouping, CHEN Xi, LIU Yang, et al.Determination of Trivalent and Pentavalent Arsenic in Groundwater by a Combined Liquid Chromatography-atomic Fluorescence Spectroscopy Technique[J].Chinese Journal of Inorganic Analytical Chemistry, 2017,7(3):12-15.