电感耦合等离子体发射光谱仪测定水中金属元素

王 景

（山东新石器检测有限公司，山东 淄博 255400）

《生活饮用水卫生标准》（GB 5749—2022）明确规定，需要检测的金属元素有20 多种，其中，常规指标的一般化学指标对铁、锰、铜、锌、铝五种元素规定了限值。电感耦合等离子体发射光谱仪（ICP-OES）采用高频振荡器产生高频电流的原理，可对难熔合金的元素含量进行分析，目前在材料生产、环境安全、医药食品、地质矿产等领域均有应用。本文重点探讨ICP-OES 在水中金属元素检测方面的应用。

1 材料与方法

1.1 仪器和试剂

1.1.1 仪器

本研究主要仪器是电感耦合等离子体发射光谱仪（ICP-OES），型号为Agilent 5110，由美国安捷伦公司生产。该仪器观测分为水平观测、垂直观测两种模式，两种模式可自动切换，检测过程中可对波长进行实时动态校正。

1.1.2 试剂

本研究使用的试剂主要有多元素标准溶液（100 mg/L）、硝酸（优级纯）、超纯水（电阻率不小于18.2 MΩ·cm）、高纯氩气（纯度不小于99.999%）。

1.2 方法

1.2.1 样品处理

采集某地区的生活饮用水样品，用0.45 μm 滤膜过滤后，采用HNO（浓度2%）调节溶液酸度。

1.2.2 配制标准溶液

用多元素混合标准溶液配制0～1 mg/L 的6 个浓度的系列标准溶液。根据样品中各元素的含量不同，本研究中，各元素的系列浓度在仪器数据处理软件（ICP Exper）中的设置按照表1执行。

表1 混合标准溶液系列浓度

1.2.3 试验条件优化

（1）观测方向。ICP-OES 可双向观测，其中，垂直方向观测结果要比水平方向观测结果的检出限高出一个数量级。结合类似研究，对于低金属元素含量的样本，水平观测在检出限、线性关系、信噪比等方面均优于垂直观测。因此，本次试验采用水平观测。

（2）射频功率。将射频功率分别设定为800 W、1 000 W、1 200 W 和1 500 W，其他条件不变，检测结果显示，随着射频功率增大，其对金属元素的检测强度提高，同时对炬管的损坏程度变强。基于此，最终射频功率确定为1 200 W。

（3）酸度。ICP-OES 检测过程中，基体干扰很常见，一般认为溶液的酸度越大，密度和黏稠度越大，导致蠕动泵进样量减少，进而使发射强度减小。所以，随着基体酸度增高，待测元素的信号强度会变弱，两者呈负相关。本次研究选择浓度2%的HNO溶液作为介质来配制标准溶液。

2 结果与分析

2.1 标准曲线

由于不同金属元素的含量、限值有差异，因此要确定不同浓度的标准曲线。使用浓度2%的HNO溶液作为空白，依次吸入混合标准溶液，得到不同元素的标准曲线和相关系数，如表2所示。分析可见，各元素线性关系良好，相关系数均不小于0.999。

表2 不同元素的标准曲线和相关系数

2.2 检出限

本试验先从数据库中选取各种元素的灵敏线1条、次灵敏线2 条，绘制标准曲线后，利用仪器数据软件分析谱线干扰因素和峰形，选出干扰少、线性好、精密度高的谱线作为最终的分析谱线，然后对空白溶液进行7 次平行测定，计算其标准偏差，按照标准偏差的3.143 倍计算出各种元素的检出限，如表3所示。分析可见，各元素的检出限保持在0.3～3.6 μg/L。

表3 不同元素的分析谱线和检出限

2.3 精密度和回收率

在采集的水样中，分别加入各元素的低浓度/高浓度标样，对原样本和加标后的样本分别测定6次，计算精密度和回收率，如表4所示。分析可见，各元素的回收率介于95.64%～104.29%，在0.06%～2.05%。

表4 不同元素的精密度和回收率

2.4 实测结果

选取国家标准样品，上机检测，结果如表5所示。分析可见，ICP-OES 检测结果准确度较高。然后对该地区采集的30 份生活饮用水样品的5 种金属元素含量进行检测，根据《生活饮用水卫生标准》（GB 5749—2022），各元素的检测值均未超出限值。

表5 标准样品的实测结果

3 结论

ICP-OES 的原理是样品气溶胶进入等离子体焰时，会分解成激发态的原子、离子，恢复稳定基态要放出一定的能量光谱。测定每种元素特有的谱线和强度，并和标准溶液相比，就能得到元素的种类和含量。陈茂源采用ICP-OES 测定矿山及冶炼地下水中的重金属铜、铁、锌、锰元素，结果证实，相比原子吸收法，其可以快速、同时测定多种元素，提高准确度和精密度；相比质谱法，其可以减少稀释倍数，提高回收率，减少检测误差。罗丽霞在水质检测中对比了火焰原子吸收光谱仪和ICP-OES的应用效果，结果显示，后者的检出限低、准确度高、精密度高，但在测定组分复杂的样品时易产生基体效应。本次研究证实，ICP-OES 可以检测生活饮用水中的多数金属元素，具有检出限低、回收率高、结果准确的特点，能满足《生活饮用水卫生标准》（GB 5749—2022）对水质一般化学指标元素测定的要求，具有推广价值。