電感耦合等離子體質(zhì)譜法對含氣天然礦泉水中鉻元素的測定研究

楊雪(黑龍江省地質(zhì)礦產(chǎn)測試應(yīng)用研究所，黑龍江哈爾濱150010)

電感耦合等離子體質(zhì)譜法對含氣天然礦泉水中鉻元素的測定研究

楊雪(黑龍江省地質(zhì)礦產(chǎn)測試應(yīng)用研究所，黑龍江哈爾濱150010)

本文研究了電感耦合等離子體質(zhì)譜法對含氣天然礦泉水中鉻元素的測定，希望能夠為相關(guān)的研究者提供一定的參考依據(jù)。

電感耦合；離子體質(zhì)譜法；含氣天然礦泉水；鉻元素

含氣天然礦泉水有濃度較高的CO2和HCO3-在其中，用電感耦合等離子體光譜測定Cr的濃度時，濃度較低。而測定時使用到電感耦合等離子體質(zhì)譜，又易產(chǎn)生40Ar12C多原子離子，從而干擾到52Cr的測定，這樣電感耦合等離子體質(zhì)譜就無法有效地對礦泉水當(dāng)中Cr元素進(jìn)行測定。本文將水樣煮沸加熱兩分鐘之后，將其晾至室溫，并將硝酸加入到其中調(diào)節(jié)到5%的水樣酸度，促使H+同HCO3-進(jìn)行反應(yīng)，并使其迅速地將生成的CO2產(chǎn)物釋放出來，從而將40Ar12C對52Cr形成的質(zhì)譜干擾消除，繼而讓電感耦合等離子體質(zhì)譜更準(zhǔn)確且直接地對Cr的含量進(jìn)行測定。這一方法既實用又簡單，準(zhǔn)確度以及精確度能夠使天然礦泉水的測試要求和分析要求得以滿足，同時，使用這一方法還可對一些痕量元素進(jìn)行測定，包括鉛和銅以及鋅等元素。

1 概述鉻

生物體所必須的一種微量元素即鉻，一般以兩種狀態(tài)存在于環(huán)境當(dāng)中，包括六價鉻和三價鉻。人體需要的一種微量生理的活性元素即三價鉻，其對于人體健康的作用極其重大，但三價鉻有較高的化合物濃度，有一定的毒性。當(dāng)三價鉻的濃度為1mg／L時，會顯著的增加水的濁度。而六價鉻是一種強氧化劑，極易腐蝕以及刺激黏膜以及皮膚，可視為致癌物。當(dāng)六價鉻的濃度為1mg／L時，水為淡黃色且伴有澀味，六價鉻的毒性是三價鉻的一百倍，但因六價鉻極不穩(wěn)定，在pH值正常的飲用水當(dāng)中可實現(xiàn)三價鉻的轉(zhuǎn)化。國家飲用水相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)明確規(guī)定，鉻的含量應(yīng)比0.01mg／L低。所以十分有必要分析鉻的測定水樣方法。

當(dāng)前測定水樣Cr有幾種方法，包括離子色譜法和火焰原子吸收光譜法等等，這幾種方法有較為繁瑣的流程，且有著較高的檢出限。由于電感耦合等離子體質(zhì)譜法隨著時代的發(fā)展而發(fā)展，許多的樣品在分析以及測定時開始借助這一儀器。但在具體的測定時，還會產(chǎn)生較多的干擾，包括雙電荷例子干擾和多原子離子干擾以及同質(zhì)異位素的干擾，對基體樣品的精確測定和分析產(chǎn)生了極其嚴(yán)重的影響，而其中最為嚴(yán)重的一種干擾類型即多原子離子干擾。比方說，在分析濃度較高的CO2和HCO3-時水樣時，使用電感耦合等離子體質(zhì)譜測定，所產(chǎn)生的多原子離子會干擾到Cr元素的測定，因此要想更有效地測定Cr元素，就得將干擾消除，一般會對色譜自動分離富集以及沉淀過濾分離基體的方法進(jìn)行采用。但由于這兩種方法有著極其繁瑣的處理流程，而且會引起環(huán)境問題，所以不予提倡。本文提出了一種煮沸和加熱含氣天然礦泉水，晾至室溫室溫之后，將硝酸加入其中，通過酸化逸出濃度高的CO2和HCO3-，從而將40Ar12C對52Cr的干擾消除，繼而讓電感耦合等離子體質(zhì)譜更準(zhǔn)確且直接測定Cr的含量的方法[1]。

2 實驗部分

（1）儀器

美國公司所生產(chǎn)的電感耦合等離子體質(zhì)譜儀。

(2)標(biāo)準(zhǔn)溶液

Pb、Cd、Ni、As、Cu、Cr標(biāo)準(zhǔn)溶液，稀釋1.00mg/mL直到20ng/mL。內(nèi)標(biāo)Re、Rh混合溶液為10μg/L，5%硝酸為介質(zhì)，還應(yīng)準(zhǔn)備高純水以及硝酸[2]。

(3)水樣前的電感耦合等離子體質(zhì)譜測定

選取兩組含氣天然礦泉水的水樣，將硝酸加入到其中，分別為5%和2%的水樣酸度。樣品幾大成分發(fā)生以下反應(yīng)：

基于以上反應(yīng)，將加入的酸量確定下來，并煮沸和加熱樣品，從而將H+同HCO3-的干擾消除，以下就是操作的步驟。

第一組為原水。應(yīng)用電感耦合等離子體質(zhì)直接測定水樣；將硝酸加入到水樣當(dāng)中，調(diào)制酸度為5%，應(yīng)用電感耦合等離子體質(zhì)測定；將硝酸加入到水樣當(dāng)中，調(diào)制酸度為2%，應(yīng)用電感耦合等離子體質(zhì)測定。第二組原水煮沸加熱。應(yīng)用電感耦合等離子體質(zhì)直接測定水樣；將硝酸加入到水樣當(dāng)中，調(diào)制酸度為5%，應(yīng)用電感耦合等離子體質(zhì)測定；將硝酸加入到水樣當(dāng)中，調(diào)制酸度為2%，應(yīng)用電感耦合等離子體質(zhì)測定，與此同時對5%酸度的硝酸樣品空白進(jìn)行測定[3]。

3 討論

含氣天然礦泉水當(dāng)中不僅有較多的CO2和HCO3-，水樣中還有一些其他成分，包括Ca2+:342mg·L-1、Cl-:33.7mg·L-1、K+:6.32mg·L-1、Mg2+:94.5mg·L-1、Na+:102mg·L-1等等。在實際的感耦合等離子體質(zhì)譜分析時，我們發(fā)現(xiàn)40Ar12C對會對Cr形成質(zhì)譜干擾，從而不能準(zhǔn)確測量Cr，為了消除干擾，本文進(jìn)行了水樣處理[4]。

(1)Cr含量受樣品放置時間的影響

因水樣當(dāng)中的CO2和HCO3-不穩(wěn)定，當(dāng)放置的時間越長時，Cr的含量就會逐步地降低，而這樣Cr就不會受到40Ar12C太大的影響，更利于精確的測量Cr[5]。

(2)濃度不同的硝酸加入到原水樣中不同放置時間給Cr的影響

將硝酸加入到水樣當(dāng)中，會有HCO3-+H+=H2O+CO2↑反應(yīng)產(chǎn)生，在水中的CO2極不穩(wěn)定。實踐可知，原水樣沒有加入硝酸，隨著時間變化，Cr含量會慢慢降低。而將硝酸加入其中，讓酸度分別為5%和2%，隨著放置時間變化，Cr含量會迅速的降低，從而快速的降低CO2和HCO3-的含量，降低40Ar12C帶給Cr的干擾[6]。

(3)煮沸水樣并將硝酸加入其中給Cr測定帶來的影響

根據(jù)第二組處理水樣的方法，煮沸水樣之后晾至到室溫，將濃度不同的硝酸加入到其中，放置不一樣時間，分析給Cr測定帶來的影響。煮沸水樣之后，將濃度不同的硝酸加入到其中，會有以下反應(yīng)產(chǎn)生：

CO2在水中極其不穩(wěn)定，HCO3-含量以極快的速度降低。通過實驗可知，加熱和煮沸水樣之后將硝酸加入到其中，會快速的釋放出大量的CO2，降低Cr含量。放置一個小時之后Cr的濃度大約是2ng/mL，放置兩個小時之后，Cr的濃度仍然是2ng/mL。這可看出，一個小時之后Cr的濃度只會發(fā)生極小幅度的變化。對5%和2%濃度的硝酸進(jìn)行采用，隨著時間的變化Cr的含量同樣保持一致的趨勢。而煮沸加熱之后，隨著時間變化，沒有加入硝酸的原水樣當(dāng)中元素Cr變化仍極其緩慢。從這可看出，煮沸樣品并且將硝酸加入到其中，更可有效地降低CO2和HCO3-含量，從而消除40Ar12C帶給Cr的干擾。由于5%硝酸為電感耦合等離子體質(zhì)譜側(cè)定的內(nèi)標(biāo)介質(zhì)，因此實驗樣品檢測酸度為5%硝酸[7]。

(4)方法檢出限

以空白溶液連續(xù)地側(cè)定，對標(biāo)準(zhǔn)偏差進(jìn)行計算，用10倍標(biāo)準(zhǔn)偏差計算元素Cr元素方法檢出限為0.23ng／mL。

(5)加標(biāo)回收率

煮沸水樣之后，晾至到室溫，將5%硝酸加入到其中，放置時間為一小時，準(zhǔn)備三份20mL的溶液，對Cr含量進(jìn)行側(cè)定。實驗得出，加標(biāo)回收率保持在92.3%-93.7%間[8]。

4 結(jié)語

通過把含氣天然礦泉水的水樣煮沸加熱兩分鐘，并將其晾至室溫，之后再把硝酸加入到其中調(diào)節(jié)到5%的水樣酸度。實驗結(jié)果證明，這樣的方式能夠有效將40Ar12C對Cr形成的質(zhì)譜干擾消除，從而讓電感耦合等離子體質(zhì)譜更直接地對Cr的含量進(jìn)行分析和測量。

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[2]李力,吳志英,朱風(fēng)鵬等.密閉微波消解-電感耦合等離子體質(zhì)譜法測定煙用香精中多種微量元素[J].光譜學(xué)與光譜分析,2010,30(12):3413-3416.

[3]任婷,趙麗嬌,曹珺等.高分辨連續(xù)光源石墨爐原子吸收光譜法測定食品中鉛、鎘和鉻含量[J].光譜學(xué)與光譜分析,2012,32(9):2566-2571.

[4]陳滿花,于丹,黃田河等.ICP-AES法測定鎳鉻烤瓷合金中多元素的初步研究[J].口腔材料器械雜志,2013,22(4):193-195.

[5]龐晉山,鄧愛華,陳進(jìn)等.磁性納米粒子富集-電感耦合等離子體發(fā)射光譜法測定食具中鉻、鎳、鎘、鉛、砷的遷移量[J].分析化學(xué),2011,39(9):1363-1367.

[6]馮鳳,亓蕾,陶曦東等.ICP-AES法測定鉻鎳不銹鋼中錳、鉻、鎳、硅、磷、銅、鉬的含量[J].化學(xué)分析計量,2016,25(6):84-87.

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