【摘 要】隨著電廠機組容量和參數(shù)的不斷上升，對熱力系統(tǒng)的水汽品質(zhì)提出了更高的監(jiān)督要求，許多項目的控制指標已降到5～10μg/L，有些甚至更低。由于水汽品質(zhì)的提高，水中待監(jiān)測離子的濃度也處于痕量級，要快速準確獲取分析數(shù)據(jù)必需有更好的方法。對水中銅、鐵離子濃度的檢測，目前電廠普遍應用的是分光光度法，但由于其測量范圍為：鐵5～200μg/L，銅10～200μg/L[1]，且操作過程繁瑣，單個樣品的分析需耗時1～2h，顯然與快速準確的測定要求有一定距離。應用原子吸收法測定水中銅、鐵離子的濃度，既能使分析數(shù)據(jù)在準確性和可靠性上有很大提高，無焰原子吸收法可測到10-13g/mL-1即10-4μg/L的數(shù)量級，還能使單個樣品的分析時間縮短至3～5min，極大地提高了檢測效率。

【關鍵詞】石墨爐原子吸收；電廠水；銅鐵離子；檢測

1.原子吸收分析法

1.1原理

原子吸收分析法又名原子吸收光譜法或原子吸收分光光度法。其基本的原理是：原子在受外界能量激發(fā)時，會產(chǎn)生最外層電子從基態(tài)躍遷到不同的能級的現(xiàn)象，電子從基態(tài)躍遷到能量最低的激發(fā)態(tài)要吸收一定的頻率輻射，其對應的譜線稱為共振線，由于不同元素產(chǎn)生的共振線不同而各有其特征性，所以也稱為元素的特征譜線。原子吸收分析法就是利用處于基態(tài)的待測原子蒸氣對從光源發(fā)射的共振發(fā)射線的吸收來進行分析。在一定試驗條件下，吸光度與待測元素濃度的關系是線性的，因此測定吸光度就可以求出待測元素的濃度。這是原子吸收分析法的定量依據(jù)。

1.2原子吸收分光光度計組及流程

原子吸收分光度計主要由光源、原子化系統(tǒng)、分光系統(tǒng)和檢測系統(tǒng)4部分組成。光源（空心陰極燈）發(fā)射待測元素的特征光譜，不同待測元素有對應的空心陰極燈作為光源。原子化系統(tǒng)主要有火焰法和無焰法兩種，由于火焰法一般只能測到mg/L的數(shù)量級，無焰法可測到μg/L級，試驗室采用的是無焰法即石墨爐法。試樣由自動進樣器加到石墨爐的石墨管中，通過加熱石墨管的管壁至待測元素所需的原子化溫度，形成原子蒸汽。這些蒸汽對特征光譜的吸收通過分光系統(tǒng)和信號的檢測放大，根據(jù)吸光度與待測元素濃度的線性關系，得到測定結(jié)果。

2.水中銅、鐵離子檢測中的應用

2.1樣品預處理

由于電廠水樣（除原水外）雜質(zhì)含量較少，全揮發(fā)性處理的爐內(nèi)各水樣含鹽量不高，基體相對較純。用原子吸收分析法，樣品的前處理只需加入酸進行酸化，酸化試劑為光譜純硝酸。加入硝酸的目的是使水中鐵或銅以硝酸鹽的形式存在，在石墨管2000℃以上的原子化溫度下，產(chǎn)生較為穩(wěn)定的原子蒸汽。要求試劑選用光譜純硝酸，可以避免分析中由酸化劑本身所含雜質(zhì)離子的帶入引起分析結(jié)果的偏差。硝酸的加入量在濃度為0.2%～5%（v/v）時，鐵、銅離子原子化的穩(wěn)定性較好。

2.2測試條件

2.2.1石墨管的選擇

按樣品在石墨管中進行原子化的位置不同，分為平臺管（platform）和非平臺管，即平臺管的原子化是在平臺上進行而非平臺管的原子化是在石墨管的管壁上進行。非平臺管根據(jù)石墨管表面涂層的材質(zhì)不同，還分為普通管和表面帶熱裂解涂層管兩種。平臺管表面一般都有熱烈解涂層。使用平臺管，原子化時平臺上的溫度穩(wěn)定性好于在管壁上進行原子化，相同實驗條件下平臺管的靈敏度相對要高[2]。所以在測定水中鐵離子時選用平臺管，而銅離子由于其檢測靈敏度和穩(wěn)定性較好，選用表面有熱裂解涂層的非平臺管。

2.2.2進樣量

加入石墨管中的試樣體積是根據(jù)選擇的石墨管類型和待測離子濃度范圍來確定的，進樣量的多少也直接影響測定的靈敏度?？梢赃x擇的進樣范圍是5～100μL，只要測定靈敏度能滿足要求，進樣量不需要很大，在實驗中選擇的進樣量是20μL。

2.2.3分析線

分析線的選擇原則是待測元素在該分析線上具有高的靈敏度，并且沒有和其他元素的譜線重迭，鐵的測定選擇248.3nm，銅的測定選擇324.8nm，能滿足靈敏度的要求。

2.2.4狹縫

選擇單色器狹縫的寬度時，既不能過寬，也不能過窄。狹縫過寬會使所需共振線通過的同時也有其他譜線通過，會導致待測元素測試靈敏度降低；狹縫過窄，會使光源強度減弱，信噪比降低，測試的穩(wěn)定性較差。鐵的譜線數(shù)比同銅要復雜，所以選擇狹縫為0.20nm，銅選擇的狹縫是0.7nm。

2.2.5石墨爐升溫程序

試樣加入石墨管后，按干燥（drying）-灰化（pyrolysis）-冷卻（cool down）-原子化（atomization）-清掃（clean out）-冷卻（cool down）的步驟進行。其中2次冷卻為可選步驟。各個步驟的選擇參數(shù)包括：（1）溫度是指在一個步驟中最終要達到的溫度；（2）升溫時間是指在一個步驟中從起始溫度到最終溫度需要的時間；（3）保持時間是指在一個步驟中保持最終溫度的時間；（4）惰性氣體可以選擇氣體（氬氣或氮氣）和氣體的流速。不同待測元素的石墨爐升溫步驟，以及每個步驟的溫度和時間的設定，可參考儀器手冊的推薦值。最好能根據(jù)試樣的實際情況，通過實驗進行優(yōu)化。

2.2.6靈敏度

測定靈敏度通過特征質(zhì)量即吸光度0.0044A-s時待測元素的質(zhì)量值來表示，鐵元素測定使用平臺管和以上測試條件可以達到特征質(zhì)量5.0pg/0.0044A-s的靈敏度要求值，銅元素測定使用帶熱裂解涂層的非平臺管可以達到特征質(zhì)量4.0pg/0.0044A-s。

2.2.7標準曲線

銅、鐵元素的測定中，選擇的標準溶液濃度分別為0、5、10、20μg/L，在線性類型的選擇上，銅元素在濃度20μg/L以下為直線，鐵元素則為非直線，相關系數(shù)r=0.999～1.0。

2.2.8精密度和準確度

精密度是通過重復性試驗，即對同一水樣行連續(xù)進行10次測定，計算相對平均偏差。準確度是采用回收率試驗，即在樣品中分別加入不同濃度的標準溶液，根據(jù)實測結(jié)果計算回收率。

3.與分光光度法的比較

3.1準確性高

以鐵元素的測定為例， GB/T14427-93分光光度法的精密度為測定濃度在10～200μg/L范圍內(nèi)時RSD為10%～30%，小于10μg/L時RSD大于30%。顯而易見原子吸收分析法在檢測的精密度上優(yōu)于比色法，尤其是在試樣濃度小于10μg/L時其優(yōu)勢更為明顯。

3.2分析時間短

分光光度法操作過程相對繁瑣，測定水樣中的鐵，單個樣品耗用的時間一般1～2h，銅元素的測定時間則更長。而用原子吸收法測定相同數(shù)量的樣品僅需要3～5min。分析速度上的優(yōu)勢同樣明顯。

3.3設備投資大

可以滿足痕量級檢測的原子吸收儀，目前的市場價格是分光光度計的4～5倍左右，在儀器費用上原子吸收儀要高的多。另外由于原子吸收儀在使用中的技術含量相對較高，其使用人員必須具備一定的理論知識和技術水平。

4.結(jié)語

對大容量高參數(shù)的機組，應用原子吸收分析法測定水中的銅、鐵離子，無論在分析的準確性和分析速度上都是必要的。且隨著原子吸收分析技術和儀器的不斷更新，自動化程度越來越高，操作上更趨向簡便，數(shù)據(jù)的準確性和可靠性更強，對操作人員技術要求也更高。

【參考文獻】

[1]李莉.電廠化學監(jiān)督的質(zhì)量控制體系[J].西南民族大學學報（自然科學版），2003（S1）.

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[3]彭寧云，于萍，羅運柏.離子色譜法在電廠水質(zhì)分析中的應用研究[J].工業(yè)水處理，2000（09）.