電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法測(cè)定水中總磷方法研究
摘 要 ：目前，越來(lái)越多的磷進(jìn)入水中，嚴(yán)重影響著生態(tài)環(huán)境和人類身體健康，但磷的傳統(tǒng)分析方法操作 復(fù)雜，需外加多種試劑。本文采用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法（ICP-AES）測(cè)定水中總磷，對(duì)儀器 工作條件進(jìn)行了探討。結(jié)果表明儀器工作條件如下：分析譜線為 213.617 nm，射頻功率為 1300 W，霧 化器流速為 0.5 L · min-1，觀測(cè)高度為 15 mm，蠕動(dòng)泵泵速為 1.2 mL · min-1，觀測(cè)方式為徑向。在儀器的工作條件下，對(duì)本方法測(cè)定磷的檢出限，精密度，回收率進(jìn)行了研究。結(jié)果表明儀器檢出限為 0.028 mg · L-1，方法檢出限為 0.084 mg · L-1，精密度在 0.6~3.9%之間，回收率為 102.3~103.0%。此外，本方法與 磷鉬藍(lán)分光光度法進(jìn)行了對(duì)比，分析結(jié)果基本一致。本方法快捷簡(jiǎn)便，具有較好的精密度和回收率，適于 實(shí)際樣品的分析。
引 言 ：隨著農(nóng)藥，化肥，洗滌劑的使用，生活污水，農(nóng)業(yè)廢水的排放，過(guò)多的磷進(jìn)入水體中， 引起藻類及其它浮游生物迅速繁殖，水體溶解氧下降，使魚類或者其它生物大量死亡，水質(zhì) 惡化[1-2]?？偭资欠从乘w受污染程度和富營(yíng)養(yǎng)化程度的重要指標(biāo)，在我國(guó)現(xiàn)行的環(huán)境質(zhì)量 標(biāo)準(zhǔn)（GB3838-2002）中為基本項(xiàng)目，同時(shí)也是水質(zhì)分類的重要參數(shù)之一[3]。因此對(duì)水中總 磷的測(cè)定方法進(jìn)行研究有一定意義。 目前，我國(guó)多個(gè)行業(yè)現(xiàn)行的總磷檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)方法為分光光度法，且多以磷酸鹽為測(cè)定主體 [4-7]。該方法過(guò)程繁冗，需要加入多種化學(xué)試劑，測(cè)定線性范圍窄，且測(cè)定易受到樣品濁度 和色度的影響[6-7]。本文采用 ICP-AES 測(cè)定水中總磷，并對(duì)儀器工作條件進(jìn)行優(yōu)化，結(jié)果表 明，該方法操作簡(jiǎn)單，方便快捷，準(zhǔn)確度和精密度好，適于水中總磷的分析。
1 實(shí)驗(yàn)部分 1.1 主要儀器與試劑 Optima 8000 Series 電感耦合等離子體光譜儀（美國(guó) PerkinElmer 公司），采用十字交 叉霧化器及 Scott 霧室。 磷標(biāo)準(zhǔn)貯備溶液（中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院，以 H2PO4 -計(jì)，濃度為 100 mg ·L -1)；磷標(biāo)準(zhǔn)工 作溶液：分別取適量磷標(biāo)準(zhǔn)貯備溶液加入到 50 mL 容量瓶中，用去離子水定容并搖勻，配 制成濃度分別為 0，0.2，0.5，1.0，2.0，5.0 mg ·L -1 的磷標(biāo)準(zhǔn)溶液（以 P 計(jì)）；高純氬氣， 純度為 99.99%（φ）以上，實(shí)驗(yàn)用水均為去離子水。 1.2 儀器工作條件 射頻功率：1300 W；冷卻氣流量：12 L ·min -1；輔助氣流量：0.2 L ·min -1；霧化氣流 量 0.5 L ·min -1；觀測(cè)高度：15 mm；蠕動(dòng)泵泵速：1.2 mL · min -1；觀測(cè)方式：徑向。
2 結(jié)果與討論：據(jù)文獻(xiàn)[8-11]報(bào)道，分析譜線的選擇和儀器工作條件的優(yōu)化是 ICP 光譜分析中的兩個(gè)重要 環(huán)節(jié)，影響著樣品的分析性能。因此，本文對(duì) ICP 分析譜線，射頻功率，霧化器流速，觀 測(cè)高度，蠕動(dòng)泵泵速和觀測(cè)方式進(jìn)行選擇，以獲得儀器工作條件。
2.1 分析譜線的選擇 光譜儀軟件中磷的四條譜線的波長(zhǎng)分別為 177.434，178.221，213.617，214.914 nm，觀 察 1mg · L-1 磷標(biāo)準(zhǔn)溶液在不同波長(zhǎng)下的峰形和吸收強(qiáng)度，對(duì)譜線進(jìn)行選擇。結(jié)果表明：溶 液在 178.221，177.434 nm 處幾乎無(wú)吸收，在 213.617 nm 處吸收強(qiáng)度大于 214.914 nm，且 在 214.914 nm 處峰形存在嚴(yán)重干擾。因此選擇波長(zhǎng)為 213.617 nm 的譜線作為本文中磷的分 析譜線。 2.2 射頻功率的選擇 保持其他儀器條件不變，調(diào)節(jié)射頻功率 1000，1100，1200，1300，1400，1500 W 時(shí)， 測(cè)定 1mg · L-1 磷標(biāo)準(zhǔn)溶液，光譜強(qiáng)度隨功率變化如圖 1。 由圖 1 可知，標(biāo)準(zhǔn)溶液的光譜強(qiáng)度隨功率增大而增大。由以上結(jié)果可知，高功率可以獲 得更大的光譜強(qiáng)度，但背景的光譜強(qiáng)度也會(huì)增大，使信背比降低，檢出限增大[9]；功率過(guò)低 則會(huì)影響原子的蒸發(fā)，解離和譜線的發(fā)射強(qiáng)度[8]。綜合考慮，本文選擇射頻功率為 1300 W。
2.3 霧化器流速的選擇 保持其他儀器條件不變，調(diào)節(jié)霧化器的流速 0.4，0.5，0.6，0.7，0.8 L · min-1 時(shí)，測(cè)定 1mg · L-1 磷標(biāo)準(zhǔn)溶液，光譜強(qiáng)度隨霧化器流速變化如圖 2。 由圖 2 可知，標(biāo)準(zhǔn)溶液的光譜強(qiáng)度隨霧化器流速增大而先增大后減小，在 0.5 L · min-1 處達(dá)到峰值。這是因?yàn)殪F化器流速的增大使單位時(shí)間進(jìn)入等離子體的分析物質(zhì)增多，有利于 譜線強(qiáng)度的增大，而霧化器流速過(guò)大，則可能使分析物被稀釋，同時(shí)縮短了中等和難電離元 素的停留時(shí)間，不利于其激發(fā)發(fā)射，最終使光譜強(qiáng)度下降[10]。因此，本文選擇霧化器流速
2.4 觀測(cè)高度的選擇 保持其他儀器條件不變，調(diào)節(jié)觀測(cè)高度 11，12，13，14，15，16，17 mm，測(cè)定 1mg · L-1 磷標(biāo)準(zhǔn)溶液，光譜強(qiáng)度隨觀測(cè)高度變化如圖 3。 如圖 3 所示，從 11 到 15 mm，標(biāo)準(zhǔn)溶液的光譜強(qiáng)度隨觀測(cè)高度增大而增大，但從 15 到 17 mm，光譜強(qiáng)度逐漸減小，這可能是由于透過(guò)觀測(cè)鏡的譜線強(qiáng)度在減弱。本文選擇觀 測(cè)高度為 15 mm。
2.5 蠕動(dòng)泵泵速的選擇 保持其他儀器條件不變，調(diào)節(jié)蠕動(dòng)泵泵速 0.5，0.7，1.0，1.2，1.5，1.7，2.0 mL ·min-1， 測(cè)定 1mg · L-1 磷標(biāo)準(zhǔn)溶液，光譜強(qiáng)度隨泵速變化如圖 4。 如圖 4 所示，光譜強(qiáng)度隨泵速增大而增大，且在 0.5 到 1.2 mL · min-1 變化較大，而在 1.2 到 2.0 mL · min-1 變化較小。這可能是因?yàn)樘岣弑盟倏梢蕴岣哽F化效率和氣溶膠分析物進(jìn) 入等離子體的速率，但泵速過(guò)高會(huì)使樣品消耗量增大，泵管磨損，對(duì)霧化效率也會(huì)產(chǎn)生影響 [9] 。因此，本文選擇蠕動(dòng)泵泵速為 1.2 mL ·min-1。 2.6 觀測(cè)方式的選擇 保持其他儀器條件不變，對(duì)比了軸向和徑向兩種觀測(cè)方式下的峰形，強(qiáng)度，信背比，檢 出限，精密度和回收率，結(jié)果如表 1、表 2、表 3。
觀察 1 mg · L-1 磷標(biāo)準(zhǔn)溶液在兩種觀測(cè)方式下的峰形和強(qiáng)度，結(jié)果表明峰形在軸向觀測(cè) 下的干擾要大于徑向，且軸向觀測(cè)下標(biāo)準(zhǔn)溶液和空白的強(qiáng)度顯著大于徑向，但徑向觀測(cè)下的 信背比要大于軸向，這說(shuō)明軸向觀測(cè)更容易達(dá)到飽和，徑向觀測(cè)的檢出能力更強(qiáng)。連續(xù)測(cè)定 空白溶液 12 次，以其標(biāo)準(zhǔn)偏差的 3 倍作為儀器檢出限，以其標(biāo)準(zhǔn)偏差的 9 倍作為方法檢出 限，結(jié)果如表 1 所示，可以看出軸向觀測(cè)下的檢出限要小于徑向，這與前面分析得出的徑向 觀測(cè)下檢出能力更強(qiáng)不太一致，這可能是由于徑向觀測(cè)的空白強(qiáng)度要顯著小于軸向觀測(cè)，更 容易產(chǎn)生大的波動(dòng)。 配制一系列不同濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液，在不同觀測(cè)方式下連續(xù)測(cè)定 6 次，其平均值和相對(duì)標(biāo) 準(zhǔn)偏差見(jiàn)表 2。由表 2 可知，徑向觀測(cè)的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差小于軸向，且在測(cè)定 0.10 mg · L-1 標(biāo) 準(zhǔn)溶液時(shí)，軸向觀測(cè)的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差大于 5%，可見(jiàn)，徑向觀測(cè)的精密度好于軸向。
2.7 方法的比較 在 ICP工作條件下，以 ICP 光譜法和磷鉬藍(lán)分光光度法測(cè)定實(shí)際樣品進(jìn)行比較， 結(jié)果如表 4。由表 4 可知，兩種方法的測(cè)定結(jié)果基本一致，這說(shuō)明以 ICP-AES 法測(cè)定水中總 磷有一定的準(zhǔn)確性和可行性。
3 結(jié) 論 通過(guò)分析譜線的選擇，射頻功率? 霧化器流速? 觀測(cè)高度? 蠕動(dòng)泵泵速和觀測(cè)方式的優(yōu) 化，建立了 ICP-AES 測(cè)定水中總磷的方法。儀器檢出限為 0.028 mg · L-1，方法檢出限為 0.084 mg · L-1，方法精密度和回收率良好，且測(cè)定值和標(biāo)準(zhǔn)值相吻合，與磷鉬藍(lán)分光光度法相比， 分析結(jié)果基本一致，說(shuō)明本方法可以滿足實(shí)際樣品分析的要求。
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技術(shù)原理
