西宁特殊钢股份有限公司（青海省冶金产品研究与开发重点实验室） 青海西宁 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
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。
2.1 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。
2.2 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。
2.3 样品的分析
2.3.1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。
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；
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。
空白试样，用实验用水代替，按照2.3.1⑵的步骤进行。
注：文中所用HNO3为优级纯，纯水为18MΩ超纯去离子水。
2.3.2样品测定的步骤
⑴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）。
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（k=2）】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；
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。
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论文作者:金风华
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第33期
论文发表时间:2018/4/19
标签：金属元素论文; 样品论文; 元素论文; 不确定论文; 酸度论文; 水样论文; 硝酸论文; 《建筑学研究前沿》2017年第33期论文;