水中重金属测定中原子吸收分光光度计的应用

刘文水

（广东源创检测技术有限公司，广东 广州 511300）

水是生命的源泉，是生物生存的必要条件之一。水质量的优劣对生物的生存及发展具有直接影响。在现阶段，快速发展的社会经济加剧了环境污染问题，尤其是对水环境造成的污染更加严重，水体环境中重金属含量超标的问题屡见不鲜。在这些重金属污染中，镉会毒害人体的肝脏、肾脏；铅会降低人体蛋白酶的含量，从而造成人体免疫系统失调的问题，甚至也会毒害人体的肾脏；铜会抑制人体内细胞酶的活性，一旦人体摄入的铜过多就会出现铜中毒的情况；而如果锌的摄入超标，且在人体内的蓄积量一旦过多，就会导致人们出现发热、恶心、吐泻等症状，甚至会引起急性肾功能衰竭。因此，需要对水中重金属的含量进行测定。在测定水中的重金属含量时，经常使用原子吸收光谱法，该方法具有速度快、准确度高等特点，与测定微量元素的要求相符合。所以，本文以水样中镉、铅、铜、锌为对象，引入原子吸收分光光度计展开测定，通过火焰原子吸收光谱法的应用对铜、锌进行测定，并结合石墨炉原子吸收光谱法对镉、铅展开测定。根据试验结果得知，采取该方法测定水中重金属时，具有较好的精密度和重现性，且能够获得较高的回收率，整体应用效果显著，值得推广应用。

1 材料与方法

1.1 仪器与试剂

仪器：火焰原子吸收分光光度计；石墨炉原子吸收分光光度计；Cu、Zn、Pb、Cd及空心阴极灯；控温电热板。

试剂：优级纯硝酸，优级纯高氯酸；标准储备液：1000 μg/mL的Cd、Pb、Cu、Zn。

1.2 仪器工作条件

本试验中，仪器工作条件均为：Cu、Zn、Pb、Cd的波长依次为324.7 nm、213.9 nm、279.5 nm、228.8 nm，灯电流依次为3.0 mA、2.0 mA、2.0 mA、3.0 mA；燃烧头高度依次为7.0 mm、7.0 mm、7.0 mm、6.0 mm；光谱通带依次为0.7 mm、0.7 mm、0.7 mm、0.2 mm；流量依次为1.8 L/min、2.0 L/ min、2.0 L/ min、1.5 L/min；压力均为0.09 MPa；空气流量均为15 L/ min。

1.3 实验方法

1.3.1 配制标准溶液

配制Cu、Zn标准溶液：引入逐级稀释方法，用1000 μg/ mL的Cu和Zn标准溶液，配制Cu和Zn标准曲线，曲线中质量浓度分别含0.00 mg/L、0.10 mg/L、0.25 mg/L、0.50 mg/ L、1.00 mg/L的Cu与0.00 mg/L、0.02 mg/L、0.05 mg/L、0.10 mg/L、0.20 mg/L的Zn。

配制Pb标准溶液：引入逐级稀释方法，用1000 μg/mL的Pb标准储备液进行20 μg/L的Pb标准溶液的配制。

配制Cd标准溶液：引入逐级稀释方法，用1000 μg/mL的Cd标准储备液进行1 μg/L的Cd标准溶液的配制。

1.3.2 水样样品保存与预处理

提前用洗涤剂洗涤聚乙烯样品瓶（1000 mL），并用清水清洗，接下来浸泡在1：5的硝酸溶液内，持续浸泡48 h以上，最后选择超纯水冲洗，置于自然环境中晾干。采集的环境水样品用备好的聚乙烯样品瓶装置，待用。

在处理样品时，需以具体的样品为对象选择适宜的方式展开处理，具体为：水样如果为透明或不存在沉淀，可直接放入仪器内开始测定；水样中若有泥沙存在，需维持适当的沉淀时间，吸取上部清液并消解离心沉淀；需完全消解样品中的固体物，避免雾化气内进入微小颗粒；样品若为油性，应采取浸提法消解，以免撞击球上粘连油脂导致雾化效果受影响或毛细管被堵塞[1]。采集完水样后，引入硝酸法消化处理样品，每1000 mL水样添加10 mL硝酸，充分摇匀。经硝酸化处理后存储，确保水样溶液的pH值保持稳定。测定完样品后，可采取热水进样的方式将雾化气内的油脂彻底清除。

1.3.3 试样制备

分别取处理后的水样50 mL移至250 mL的锥形瓶内，加入5 mL硝酸后，移至控温电热板蒸至10 mL左右，再加入5 mL硝酸和2 mL高氯酸，继续加热至1 mL左右取下，待温度冷却至室温后，向50 mL容量瓶转移，添加纯水定容至刻度线。

1.4 试样测定

选择石墨炉原子吸收分光光度法测定Pb、Cd样品，用仪器自带的自动稀释功能处理20 μg/L的Pb标准溶液，获取分别为0.00 μg/L、2.50 μg/L、5.00 μg/L、10.0 μg/L、20.0 μg/L浓度的标准曲线系列，以同样的方法处理1 μg/L的Cd标准溶液，获取分别为0.00 μg/L、0.25 μg/L、0.50 μg/L、0.75 μg/ L、1.0 μg/L浓度的标准曲线系列[2]。用原子吸收法测定标准溶液，获取各自波长下的吸光度，完成标准曲线的绘制[3]。同时，测定样品和空白值，通过线性方程的代入展开计算，从而完成水样浓度值的计算。

选择火焰原子吸收分光光度法测定Cu和Zn，用原子吸收法测定标准溶液，获取各自波长下的吸光度，完成标准曲线的绘制。同时，测定样品和空白值，通过线性方程的代入展开计算，从而完成水样浓度值的计算。

2 结果与分析

2.1 标准曲线

表1呈现了四种标准溶液测定后的标准曲线结果及线性关系。

表1 标准曲线测定结果及线性关系

2.2 方法精密度

表2为石墨炉原子吸收光谱法精密度测定结果，表3为火焰原子吸收光谱法精密度测定结果。根据表2、表3数据不难发现，Pb、Cd及Cu与Zn混合样品的变异系数均处于2.5%以下，表明该方法具备较好的精密度和重现性。

表2 石墨炉原子吸收光谱法精密度测定结果

表3 火焰原子吸收光谱法精密度测定结果

2.3 加标回收实验率

表4为Cd、Pb加标回收试验结果，表5为Cu、Zn加标回收试验结果。根据表4、表5数据不难发现，Pb、Cd及Cu与Zn混合样品的加标回收率处于99.79%～99.98%范围内，表明该方法具备较高的准确度，适用于水样中重金属的测定。

表4 Cd、Pb加标回收试验结果

表5 Cu、Zn加标回收试验结果

3 讨论

3.1 共存离子干扰

水样中可能会有一系列元素存在，因此本文在试验前考察了几种共存元素可能带给测定的影响，在不超过5%的相对误差前提下，允许共存元素的浓度为：Fe：400 μg/mL；Mg：800 μg/mL；Ca：1200 μg/mL；Na：1200 μg/mL；K：1250 μg/ mL。

3.2 仪器参数优化

一是空压机出口压力。合理控制空压机出口压力至关重要，通常情况下应以0.20～0.30 MPa的范围加以控制，当涉及具体某个金属元素的需要时，空压机出口压力的调整需要参考乙炔的气流量，以便最终确定的出口压力科学合理[4]。二是乙炔气流量。通常情况下，空气-乙炔火焰有贫燃火焰、富燃火焰和化学计量火焰三种类型。具体试验中需以待测元素为对象合理进行火焰类型的选择。对Cr等难离解、易形成氮氧化物的元素进行分析时通常选择福燃火焰，对K、Na、Pb、Cu等易原子化的元素进行分析时一般以化学计量火焰为主。综合而言，在测量元素时应对火焰化学环境及其温度予以综合考虑，通过对火焰燃烧比的调整展开调节即可获取适宜的乙炔-空气比，此时的测试条件即可达到最佳。三是选择吸收谱线。要确保吸收谱线与测定各类元素的需求相适应，同时还要满足测定高浓度样品并能将部分干扰克服的条件。一般情况下，元素共振吸收线不仅只有一条，且存在不同的测定灵敏度。具体测定中多以灵敏线为主，然而如果被测元素具有较高的含量，此时可选择次灵敏线[5]。四是燃烧器的位置及高度。待测元素的基态原子浓度在火焰中存在相对复杂的分布状况，所以在实际测定中有必要做好燃烧器高度及位置的合理控制，以促进测定结果准确性的提高。一般情况下，应控制高度处于火焰中最大基态原子浓度的区域，此时获取的灵敏度最为适合。这也表明了在具体分析前，能否调整燃烧器高度、前后及转角在内的机械位置处于最佳状态，能为数据结果的准确性提供可靠保障。五是实验样品的提取。在确定了光谱通带宽度后，实验样品剂量的控制也需要予以重视。剂量偏少会导致测量灵敏度的降低，而当样品剂量增加后，会持续增加火焰中燃烧的雾溶液浓度，此时会不断增大吸收光度，最终会缓慢降低原子化效率，进而削弱其吸收光度。因此，需要做好实验样品用量的控制。

3.3 元素灯预热时间

控制元素灯预热时间，是测定水中重金属时的关键质量控制项目。在使用空心阴极灯前，需做好相应的预热处理措施，待元素等具备与分析要求条件相符合的发光强度后，便可应用至实际检验中[6]。不同元素等对灯电流的需求有差异，所以也会面临不同的预热时间。一般情况下维持约30 min的预热时间即可。在完成预热后，通过吸喷纯水能使燃烧头与雾化气的内外热维持平衡。

3.4 校准曲线

在火焰原子吸收分光光度计与石墨炉原子吸收分光光度计测定中，需要分析校准曲线，建议选择不低于5个的校准曲线浓度点，且不同浓度点保持不低于3次的重复测定，计算所有测定结果的平均值。同时，需以分析要求及仪器性能为根据，挑选测量范围适宜的校准曲线。一般情况下，线性范围适宜的是能产生0.4 Abs左右的溶液范围。

3.5 样品溶液稀释

在应用原子吸收分光光度计测定水中的重金属时，控制样品溶液的稀释度是保障测定质量、准确性的关键手段[7]。在具体测定中，针对浓度高的超曲线分析溶液，要求工作人员在确定其大致浓度范围后，再稀释处理相应的溶液，对待测样品溶液浓度合力展开控制，确保其处于校准曲线测定范围内，这样一来即可为最终获取的数据结果提供准确性、合理性的保障。

4 结语

综上所述，选择原子吸收分光光度计测定水中的Cu、Zn、Pb、Cd等重金属含量时，首先要配制各重金属元素的标准溶液，并以对应的标准溶液测定方法为根据，选择适宜的仪器工作条件，并采用火焰原子吸收分光光度计与石墨炉原子吸收分光光度计展开测定。根据测定结果得知，Pb、Cd及Cu与Zn混合样品的变异系数均处于2.5%以下，表明该方法具备较好的精密度和重现性，且加标回收率处于99.79%～99.98%范围内，方法准确度较高，适用于水中重金属的测定。