浅谈ICP-AES检测水质中金属元素的要点及标准偏差与不确定度的评定.pdf

环境工程 20181088 Chenmical Intermediate 当代化工研究 88 Chenmical Intermediate 当代化工研究 技术应用与研究 浅谈ICP-AES检测水质中金属元素的要点及标准 偏差与不确定度的评定 ＊金风华 （西宁特殊钢集团有限责任公司（青海省冶金产品研究与开发重点实验室） 青海 810005） 摘要用ICP-AES测定不同水质中的金属元素，具有检出限低、准确度及精密度高、分析速度快、线性范围宽等优点，给检测水中的微 量元素提供了一种比较快捷的方法。通过对多种金属元素的分析，对环境保护提供科学的数据支持。本文简单概述了ICP-AES对水质中金 属元素检测的要点以及ICP-AES法的标准偏差与不确定度进行了探讨分析。 关键词ICP-AES；金属元素；检测要点；标准偏差；不确定度 中图分类号T 文献标识码A Key Points of ICP-AES for Detecting Metal Elements in Water Quality and uation of Standard Deviation and Uncertainty Jin Fenghua Xining Special Steel Group CO., LTD.Key Laboratory for Research and Development of Metallurgical Products in Qinghai Province, Qinghai, 810005 AbstractThe determination of metal elements in different water quality by ICP-AES has the advantages of low detection limit, high accuracy and precision, fast analysis speed and wide linear range, which provides a relatively quick for the determination of trace elements in water. Through the analysis of various metal elements, scientific data support is provided for environmental protection. This paper briefly summarizes the main points of ICP-AES for the determination of metal elements in water quality and discusses and analyzes the standard deviation and uncertainty of ICP-AES . Key wordsICP-AES；metallic elements；key points of testing；standard deviation；uncertainty 前言 重金属的来源主要是对重金属的开采，金属的加工，各 种印制产品的使用，汽车的废气。通过雨水的作用之下汇集 在河流中或者渗入地下水中，导致大量的重金属离子释放到 水中，对水资源造成了严重污染。ICP-AES是铜、锌、铅、 镉等多元素同时测定的方法，简便、快速、干扰较少，适用 于地表水和废水的测定。本文对公司内回用水的铜、锌、 铅、镉放置不同时间做了对比试验，对绘制校准曲线时，不 同酸度对其相关系数的影响做了比较。标准偏差与不确定 度的测量结果是紧密相联的，表征合理地赋予被测量值分散 性的参数，可以定量评价所测量结果的质量，并且表示了测量 的可信度。本文对环保部标准样品研究所质控标样（200929） 的测定，根据测量结果的标准偏差与质控样中所给定的不确 定度进行评定，以此来分析实验室用ICP-AES测定水质中金 属元素的检测能力水平。 1.ICP-AES的简单概述 对于ICP光源而言，它使用的电离源通常都属于感应耦 合等离子体。它的主要结构其实是由三层石英套管来构建成 的炬管，其主要作用是维持等离子体稳定放电的，而炬管的 上端一般都绕有负载的线圈，三层管从里到外，分别是通载 气、辅助气以及冷却气。负载线圈一般会通过高频电源耦合 来进行供电，从而可以产生同线圈平面垂直的磁场。由于大 多数金属元素电离能都低于10.5eV，ICP-AES都能对它进行 快捷的检测。ICP分析元素的原理通常为等待检验的样品 经过前期过滤或消解后，将其引到ICP，然后在高温环境下 完成离子化。样品在高温等离子体炬中激发并在特定的波长 下发射出元素的特征曲线，根据特征谱线的强度与标准溶液 进行比较确定其浓度。ICP工作需要相应的条件，主要为ICP 功率、载气和冷却气流量以及辅助气等。一般情况ICP的功 率为1kW，冷却气流量为15L/min，辅助气流量和载气流量约 为1L/min。在进行分析时需要注意减少不同元素之间的干 扰，以及仪器各种参数的调节。 2.ICP-AES对金属元素检测的要点分析 ICP-AES分析技术是目前发展较快的无机微量以及痕量 元素分析技术之一，是分析金属元素的理想方法，其校准曲 线有较大的线性范围，在多数情况下能达到3～4个数量级， 因此用一条校准曲线可以同时分析痕量以及较高浓度的元 素。对于多种元素同时进行分析，利用多元素混合标准溶液 的配制可以简化操作过程，因此在各种微量元素分析中常常 得到应用。ICP-AES法在常规测定样品的过程中，会存在光谱 及非光谱的干扰。通常情况下，地表水、地下水样品中的重 金属含量较低，这种干扰可以忽略。但对于污水样品，存在 的各类元素及浓度各不相同，这些基本元素会对测定的结果 造成干扰，为了减少谱线干扰，可以选择标准加入法进行校 正，也可以选择背景扣除和干扰系数法；对于物理干扰，在保 证所测元素的含量高于测定下限的前提下，可以稀释样品。 1样品的采集 采集水样的规范与否对所监测项目的代表性影响很大。 根据水样类型的不同依据标准按要求进行规范采样，保证采 样按时、准确、安全，确保所采水样具有代表性且不被污 环境工程 20181089 Chenmical Intermediate 当代化工研究 89 Chenmical Intermediate 当代化工研究 技术应用与研究 染。检测金属元素所使用的采样瓶通常选择聚乙烯材质，地 表水和地下水在采样前，应先用水样洗涤采样器、盛样瓶及 塞子2～3次；对于污水，用样品容器直接采样时，必须用水 样冲洗三次后再进行采样。对采集到的水样及时完成采样记 录。针对不同的检测项目，对采样的要求也各不相同，检测 金属元素需使用优级纯硝酸进行酸化处理。 2样品的保存 采样结束应根据样品的性质及组成，选择适合的保存 方法。测定金属离子的水样常用硝酸酸化至PH1～2，这样能 够保证金属不沉淀，防止被容器壁吸附，用此法保存水样， 大多数金属元素可稳定数周。测定金属元素Cu、Pb、Cd、Zn 等，水样加酸量需达到1。下面是一组对于公司回用水的不 同保存时间所做的数据对比，依据铜与锌元素的结果表明， 样品加酸量达到1时，金属元素在20天以内较为稳定，测定 情况见表1。 样品放置时间试验 放置时间 （天） 1714212835 铜测定值 （mg/L 0.1850.1890.1780.1740.1130.100 镉测定值 （mg/L ＜0.05＜0.05＜0.05＜0.05＜0.05＜0.05 铅测定值 （mg/L ＜0.05＜0.05＜0.05＜0.05＜0.05＜0.05 锌测定值 （mg/L 0.1930.1870.1950.1810.1390.126 表1 样品不同放置时间试验 3样品的分析 ①样品的消解 在实验样品送至实验室后，应该认真的进行研究分析， 记录好所有相关的数据。根据水质的性质及测定要求进行取 样消解水样，一般分为可溶性元素及元素总量的测定。 A.对于测定溶解态元素需立即将水样通过0.45um孔径滤 膜过滤。 B.如测定元素总量，采样后立即酸化，检测金属元素通 常均采用稀硝酸消解水样，溶解残渣，以温控加热板作为加 热工具（低温加热，消解过程处于不沸腾的状态），最终使待 测溶液硝酸酸度保持在1，使用硝酸可降低试样的粘度，提高 雾化效率。当所测金属元素含量较高时，需要稀释消解液， 但要保证稀释后试样的酸度与标液测量时的酸度保持一致。 C.空白试样，用实验用水代替，按照2.3.1中B步骤进行。 注文中所用HNO3为优级纯，纯水为18MΩ超纯去离 子水。 ②样品测定的步骤 A.标准曲线的绘制 依据水质的种类及水样所受污染程度，取单元素标准使 用液按照不同的浓度范围进行，至少五个浓度点，建立所测 元素的校准曲线，不同浓度点标液硝酸度对校准曲线的相关 系数的影响较大，根据不同的酸度做了铜、锌、铅、镉四条 校准曲线，可以看出，标液硝酸度在1时其相关系数较为理 想（见表2）。 标准溶液酸度对校准曲线相关系数r值的影响试验 元素线性铜（r锌（r铅（r镉（r 硝酸酸度（00.98790.98670.96980.9943 硝酸酸度（0.20.99360.99250.99360.9957 硝酸酸度（0.50.99500.99500.99530.9978 硝酸酸度（10.99980.99980.99950.9999 硝酸酸度（1.50.99970.99970.99950.9997 硝酸酸度（30.99910.99950.99940.9992 表2 标准溶液酸度对校准曲线相关系数r值的影响试验 B.样品测定 与校准曲线的建立条件相同，测定样品2.3.1的发射强 度，由此得到所测元素的浓度含量。 C.空白样品的测定 与样品测定步骤相同，测得空白中所测元素的浓度含 量，空白值应低于方法的测定下限。 ③结果计算 样品所测元素的浓度含量（需减去空白样品中所测元素 的浓度含量）乘以样品的稀释倍数。 4精密度 本实验室对质控标样（200929 环境保护部标准样品研 究所制）中6个元素浓度分别采用单元素进行10次平行测 定，6条检测项目的校准曲线的相关系数均大于0.9990，试 验操作的相对偏差（见表3）。 本实验室对质控标样（200929）测定结果统计 元素铜锌铅镉镍铬 标准值 （mg/L 0.6422.190.8820.07470.3950.383 扩展不确定度 （mg/L 0.0350.100.0360.00340.0210.020 测定均值（10 次测定） 0.6392.180.8770.07260.4000.391 相对误差-0.46-0.45-0.56-2.811.262.08 标准偏差 （mg/L 0.0110.0380.0120.0020.0050.008 相对偏差1.71.71.42.71.22.1 表3 精密度试验 通过所测标准偏差与质控样品所给出的不确定度[按 照置信概率95进行处理（k2）]的比较以及相对偏差的数 值，得出结论试验精密度达到了测定要求。 在仪器稳定、试剂良好、试验用水达标的情况下，ICP- AES对水质中金属元素检测的要点如下 ①检测金属元素所使用的采样瓶通常选择聚乙烯材质； ②样品在消解过程中保持溶液不沸腾； 环境工程 20181090 Chenmical Intermediate 当代化工研究 90 Chenmical Intermediate 当代化工研究 技术应用与研究 ③标液、样品及空白酸度的控制；最终使待测溶液硝酸 酸度保持在1较为适合，包括混合标液及待测浓度较高稀释 后的溶液； ④样品放置时间的要求水样加硝酸量达到1的情况 下，金属元素浓度放置20天以内较为稳定； ⑤每批样品的分析都要同时绘制校准曲线，曲线的相关 系数达到0.9990以上方为有效，否则应重新做曲线，须带上 相应的有证质控样，保证检测结果的准确性。 结语 综上所述，ICP-AES是电感耦合等离子体原子发射光谱 法的英文缩写，它是现阶段很流行检测水中多种金属元素的 仪器，ICP-AES的灵敏度、准确度高，在环境样品检测中效 率高，一次进样，可同时测定10～30个元素，方便快捷，因 而得到普遍的使用。随着环保工作深入，监测业务不断扩 大，传统的分析方法（多是用分光光度法），其灵敏度、准 确度均不能满足环境管理的要求，因此高灵敏度的分析仪器 和方法就会被迅速发展。ICP-AES今后对检测地表水和污水 中多元素的同时测定，将会提供越来越大的帮助。 【参考文献】 [1]郭丽雯,赵薇,孙伟等.浅谈ICP-MS检测重金属元素的要点 以及测定锰的不确定度[J].科研,2016400186-00186. 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This article mainly starts with the light hydrocarbon recovery process, and introduces the direction of light hydrocarbon recovery technology and a series of main research technologies. Key wordslight hydrocarbon recovery；energy consumption；recovery rate；new process 在天然气的输送过程中，烃的管线露点是需要格外注意 的方面，乙烷和丙烷都是回收的天然气中为气田带来很高的 经济价值的元素，相关的轻烃回收技术也在不断地发展，人 们对此的关注度不断提高。当前轻烃的回收技术有很多，主 要包括低温回收法、溶剂吸收法和比较筛选法等等，轻烃回 收技术也随着深冷分离技术的不断发展变得更为成熟，适用 范围也更加广泛。 1.轻烃回收单元工艺原理 油气田中所产出的天然气是由很多化学气体所组成的， 烃类物更是主要部分，例如，如果所回收的形式是液体，则 主要由丙烷组成；如果回收的形式是气体，则主要由乙烷组 成，甲烷和丁烷也包括其中，这种有多重烃组成的液体混 合物也就是我们经常提到的轻烃。将所回收的天然气中的乙 烷、丙烷和一系列重组分以液体的形式与甲烷气体分离开来 的过程就是轻烃的回收。 不同的气体从溶液中凭借自身的溶解度不同相互分离 的过程就成为吸收过程，吸收过程受很多方面的影响，其中 既包括温度也包括压强，不同的烃在溶液中的溶解度都有所 上接第89页 下转第91页