3种不同类型水体中铜、锌、铁、锰含量的测定

王 雪,周良川

(伊犁水文勘测局 水环境监测分中心, 新疆 伊宁市 835000)

随着经济的快速发展和工业化进程不断推进，水体污染问题日益严重. 重金属可通过化石燃料燃烧、汽车尾气、烟气粉尘、扬尘、风沙途径等进入大气，吸附在气溶胶上. 进入大气中的重金属又可以通过干沉降或湿沉降的方式沉降到地面，并通过水循环进入土壤和水体中[1]. 由于重金属离子的种类丰富且相互之间容易发生化学反应，准确检测其含量具有一定程度的难度. 水系统中的重金属几乎无法降解，只能转移其存在位置和转变成其它物化形态[2]. 重金属废水进入土壤，会使土壤受污染，造成重金属在农作物中积蓄，甚至会污染饮用水源. 研究表明，各国关于雪水中重金属的研究已开始受到重视，但在中国西北地区相关研究鲜有报道[1].

本文通过分析测定伊宁市市区某地下井水、景观用水和降雪雪水中铜、锌、铁、锰的含量，对比分析伊宁市该地区各水体中铜、锌、铁、锰含量的变化，对于后期研究该地区重金属污染的防治工作具有十分重要的意义. 基于火焰原子吸收分光光度法具有操作简便、灵敏度高、重复性好、抗干扰能力强等特性[3-5]，使用该方法测定各水样中铜、锌、铁、锰的含量具有较好的应用效果.

1 试验方法

1.1 主要试剂及仪器

仪器：原子吸收分光光度计，北京普析-TAS-986；电热板，ML-3-4.

试剂：硝酸、盐酸、高氯酸，优级纯，天津市风船化学试剂科技有限公司；铜、锌、铁、锰标准溶液，质量浓度均为500 mg/L，水利部水环境监测评价研究中心；铜、锌标准物质，编号160846；铁、锰标准物质，编号170645，水利部水环境监测评价研究中心.

乙炔气，纯度不低于99.0%.

1.2 样品采集

井水水样：用水泵抽出井道中的陈旧水，先放水数分钟，然后用聚四氟乙烯采样瓶接取水样，加入适量硝酸溶液，调节pH值低于2；城市景观水样：用采样器采集瞬时水样，静止一段时间后将部分水样移入聚四氟乙烯采样瓶，加入适量硝酸溶液，调节pH值低于2；雪水：采用聚乙烯采样瓶采集样品，去除表面积雪，将采集的雪样带回实验室，室温溶解后，加入适量硝酸溶液，调节pH值低于2[6].

1.3 样品预处理

取100 mL水样置于200 mL烧杯中加入5 mL硝酸，在电热板上加热消解，确保样品不沸腾，蒸至10 mL左右，加入5 mL硝酸和2 mL高氯酸，继续消解，蒸至1 mL左右. 如果消解不完全，再加入5 mL硝酸和2 mL高氯酸，再蒸至1 mL左右. 取下冷却，加水溶解残渣，通过中速滤纸滤入100 mL容量瓶中，用水稀释至标线[7]. 取1%硝酸溶液，按上述预处理步骤制作空白样品.

1.4 标准曲线

取质量浓度均为500 mg/L的铜、锌、铁、锰标准溶液配制标准系列，如表1所列.

表1 铜、锌、铁、锰标准溶液系列Table 1 Standard solution series of copper, zinc, iron and manganese /(mg/L)

1.5 样品测定

根据不同的元素选择波长和调节火焰，硝酸/盐酸溶液，将仪器调零. 吸入空白、工作标准溶液、样品、标准物质，记录吸光度，根据扣除空吸光度后的样品吸光度，在校准曲线上计算出样品中的金属浓度.

2 结果与讨论

2.1 校准曲线

根据1.4节各元素曲线系列绘制标准曲线，如图1～4所示. 从图中可以看出铜、锌、铁、锰各元素均具有较好的线性关系[8]，可按照试验方法利用原子吸收分光光度法(火焰法)测定、计算水样中的铜、锌、铁、锰的含量及加标回收率.

2.2 加标回收试验

铜：取10.000 mg/L铜标准溶液2.500 mL,稀释至5 0mL测定，加标量为0.500 mg/L. 锌：取10.00 mg/L锌标准溶液1.00 mL,稀释至50 mL测定，加标量为0.20 mg/L. 铁：取50.00 mg/L锌标准溶液1.00 mL,稀释至50 mL测定，加标量为1.00mg/L. 锰：取25.00 mg/L锌标准溶液1.00 mL,稀释至50 mL测定，加标量为0.50 mg/L.

通过测定同一地区井水、天然降水(雪水)以及流经该地区的景观用水中铜、锌、铁、锰的含量，比较分析不同水样中4种金属离子的含量，试验结果如表2、3所列. 通过表2中数据对比可知，各水样及空白水样中铜、锌、铁、锰的加标回收率均在95%～105%之间，均在范围内[9].

图1 铜标准曲线Fig. 1 Standard curve of copper

图2 锌标准曲线Fig. 2 Standard curve of Zinc

图3 铁标准曲线Fig. 3 Standard curve of iron

图4 锰标准曲线Fig. 4 Standard curve of Manganese

铜/(mg/L)加标回收率/%锌/(mg/L)加标回收率/%铁/(mg/L)加标回收率/%锰/(mg/L加标回收率/%空白0.000101.20.00098.50.000100.30.000100.4空白+加标0.5060.1971.0030.502井水0.006100.80.04199.00.128101.80.046100.8井水+加标0.5100.2391.1460.550景观水0.012100.20.01998.50.055102.20.023100.4景观水+加标0.5130.2161.0770.525雪水0.017102.20.06797.50.536102.10.124101.2雪水+加标0.5280.2621.5570.630

2.3 铜、锌、铁、锰样品测定结果评价

根据《地下水质量标准》(GB/T14848-2017)，该地区井水水样中铜、锌、锰均达到Ⅰ类标准，铁达到Ⅱ类标准. 采样器进口处是铁质材料，这可能是造成水样中铁含量增大的原因之一，需要后期通过比对试验加以确定. 根据《景观娱乐用水水质标准》(GB 12941 -91)，该地区景观用水水样中铜、锌、铁均达到A类标准，符合景观用水标准要求. 将雪水水样按照《地表水环境质量标准》(GB 3838 -2002)进行分析，可知雪水水样中铜、锌含量达到Ⅱ类标准，铁、锰含量均超出地表水水源地标准限制.

通过对比井水、景观水和雪水3种水样，可知雪水中铜、锌、铁、锰含量均高于井水和景观水水样. 造成雪水中锌、铁、锰含量较高的原因很多，比如采样地点周围有马路，过往车辆排放尾气以及采样期间是冬季，而该地区采取的是燃煤锅炉取暖，都可能是造成雪水中铜、锌、铁、锰含量增高的原因，这与于瑞莲等[10]的研究基本一致.

根据表2、3可知，铜、锌、铁、锰标准物质含量测定值精密度和准确度均在允许范围内. 其中，水环境规范规定铁含量高于1.0 mg/L时，室内精密度不应高于5%、准确度室内相对误差不应高于±5%[11]；锌含量为0.05～1.0 mg/L时，室内精密度不应高于10%，准确度室内相对误差不应高于±5%.

表3 标准物质准确度和精密度测量结果Table 3 Results of accuracy and precision of reference materials

3 结论

(1)通过使用火焰原子吸收分光光度法测定某地区相同范围内井水、天然降水(雪水)和景观用水中铜、锌、铁、锰的含量，各水样中铜、锌、铁、锰的加标回收率均在95%～105%之间.

(2)该地区井水水样中铜、锌、锰均达到Ⅰ类标准，铁达到Ⅱ类标准；该地区景观用水水样中铜、锌、铁均达到A类标准，符合景观用水标准要求；雪水水样中铜、锌含量达到Ⅱ类标准，铁、锰含量均超出地表水水源地标准限制.

(3)该地区降雪水中铜、锌、铁、锰的含量均高于该地区井水和景观用水，主要原因为样品采集地为寒冷冬季，主要靠燃煤取暖以及采集样品地点靠近马路，因此造成雪水中铜、锌、铁、锰含量高于其余水样.