电感耦合等离子体发射光谱(ICP-OES)法同时测定矿泉水界限指标中的4种元素

谢永红

(中国检验认证集团 山东检测有限公司，山东 青岛 266000)

前言

矿泉水是在地层深部循环形成的含有一定量矿物盐、微量元素的地下水[1]。天然饮用矿泉水国家标准“GB 8537—2018”对矿泉水的7项界限指标作出了规定，要求市售矿泉水至少有一项指标符合规定，这7项界限指标包含锂≥0.20 mg/L、锶≥0.20 mg/L、锌≥0.20 mg/L、偏硅酸(以H2SiO3计)≥25.0 mg/L。这四种矿物元素对人的身体发育都有一定的保健作用。锂能够促进人体骨骼发育和类骨质的形成，同时还对人体有生血刺激、改善造血功能的功效；锶是人体必须的微量元素，在人体内有强壮骨骼、防治心血管疾病的功效；锌与很多酶、核酸及蛋白质的合成密切相关，能够影响细胞分裂、生长和再生，对于婴儿、儿童和青少年锌有重要的营养价值；矿泉水中硅以偏硅酸(H2SiO3)的形式存在，容易被人体吸收，硅能保护动脉结构的完整性，对主动脉有软化作用，同时有助于骨质的钙化，促进生长发育[2]。

在食品安全国家标准《饮用天然矿泉水检验方法》(GB 8538—2016)中，锂、锶、锌采用火焰原子吸收光谱法或石墨炉原子吸收光谱法逐一测定[3]，偏硅酸采用分光光度法测定[4]，需要多台仪器，多人测定，测定周期较长。本实验利用电感耦合等离子体发射光谱(ICP-OES)法[5]快速、准确地同时检测矿泉水中4种矿物元素，根据检测结果对矿泉水品质鉴别具有重要的指导意义。

1 实验部分

1.1 主要仪器

Agilent 5100型电感耦合等离子体发射光谱仪ICP-OES(美国安捷伦公司)，XS205型分析天平(瑞士梅特勒-托利多公司)，Barnstead Pacific-TII超纯水系统(美国赛默飞世尔公司)。

1.2 主要试剂

硝酸(优级纯，南京化学试剂有限公司)，锂、锶、锌标准储备溶液(1 000 mg/L，国标(北京)检验认证有限公司)，硅标准储备溶液(1 000 mg/L，钢研纳克检测技术有限公司)。

1.3 仪器条件

发射功率1.2 kW，雾化器流量0.70 L/min，等离子体流量12.0 L/min，辅助气流量1.00 L/min，读取次数3次，测量时间15 s，观察方式轴向，观察高度8 mm。

1.4 标准溶液配制

标准使用溶液：吸取单元素标准储备溶液，用3%硝酸配制成锂、锶、锌混合标准使用溶液，浓度均为10 mg/L；用3%硝酸配制成偏硅酸标准使用溶液，浓度为500 mg/L。

混合标准工作溶液：吸取混合标准使用溶液，用3%硝酸配制成标准工作系列。其中，锂、锶、锌的标准工作曲线的浓度系列均为0、0.05、0.10、0.20、0.50、0.70 mg/L；偏硅酸的标准工作曲线的浓度系列为0、5.0、15.0 、25.0、40.0、50.0 mg/L。

1.5 样品制备

购买市售的两种矿泉水，分别取50 mL水样于清洁试管中，加1.5 mL硝酸，摇匀，备测。

1.6 测定

开机，仪器需经氩气吹扫数分钟，各项指标都达到要求后进行等离子体点火，编辑测定方法，将标准系列、空白溶液、试样溶液分别引入仪器进行测定，根据标准曲线测得样品及添加实验中各元素的浓度。

2 结果与讨论

2.1 样品配制酸度的选择

实验针对的样品为矿泉水，水质清洁无污染，因此样品在仪器测定之前无需进行消解过程，只需用硝酸进行酸化处理，选用处理后硝酸浓度分别为0.5%、3%、5%、8%的空白添加水样进行测定，通过测定结果来选择合适的酸浓度配制样品。结果如表1所示，在0.5%的硝酸度下，四种元素的测定结果均偏低，可能由于酸浓度太低，响应不完全；在3%、5%、8%的酸浓度下，测定结果变化不大，表明三种酸浓度下均可满足实验要求，为了减少试剂用量和降低环境污染，实验选用3%的酸浓度配制样品。

表1 不同硝酸浓度下的测定结果

2.2 分析波长和检出限

等离子体发射光谱仪对每种元素均给出多条特征谱线，综合分析强度、干扰情况及稳定性，选择干扰少、精密度高的分析谱线。检出限的计算是重复测定空白溶液11次，计算出标准偏差(SD)，根据IUPAC规定，检出限LOD = 3SD，各元素分析波长和检出限见表2。

表2 各元素分析波长及检出限

2.3 标准曲线

考虑天然矿泉水样品中4种元素的含量情况，选取适当的线性范围为标准曲线工作范围，4种元素线性相关系数R和拟合方程见表3。由表3可见，4种元素标准曲线均具有很好的线性相关性(R≥0.999)。

表3 元素标准曲线方程及相关系数

2.4 样品测定

在上述实验条件下，对两份市售天然饮用矿泉水水样进行测定，结果见表4。由表4可知，1#矿泉水样中锶和偏硅酸达到了界限指标的要求，表明该水属于锶-偏硅酸型饮用天然矿泉水，可能取自深层花岗岩裂隙间。2#矿泉水样的4种元素检测值都低于界限指标，表明2#矿泉水样既不属于硅-锶型矿泉水，也不属于锂-锌型矿泉水。

表4 样品中元素检测结果

2.5 加标回收和精密度实验

在1#矿泉水水样中加入4种元素的标准溶液，测定样品的加标回收率；加标溶液重复测定6次，计算各元素测定结果的相对标准偏差(RSD)，结果见表5。由表5可见，4种元素的加标回收率在83.0%～100%，表明测定的准确度较高；4种元素的相对标准偏差均低于5%，具有较高的精密度。

表5 样品的加标回收率和精密度

3 结论

锂、锶、锌和偏硅酸4种矿物质元素是矿泉水水质重要的评价指标，国家标准“GB 8537—2018”对矿泉水中这4种元素都有限量要求，本实验利用电感耦合等离子体发射光谱法同时测定矿泉水中4种元素，避免了采用原子吸收光谱法、紫外可见分光光度法等多种仪器对每一种元素单独测定，节约了大量的实验时间，而且前处理只需要酸化处理，过程简单，同时样品的回收率结果表明在仪器测定过程中4种元素的谱线没有相互干扰，实验可行有效，可作为饮用天然矿泉水品质坚定和评估的方法依据。