王萬萍，王 琴，殷 華

（甘肅省金昌生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心，甘肅 金昌 737100）

人們在生活過程中離不開水資源，尤其是健康的飲用水，不管是生活還是生產(chǎn)，水的作用都是無法替代的。而飲用水一般來源于地表水，其是由地表水加工處理而來，但地表水中包含著許多礦物質(zhì)元素和金屬元素，這些元素也會進(jìn)入到飲用水當(dāng)中，盡管飲用水經(jīng)過了過濾處理，但仍舊會殘留一些元素含量，若是含量過高就可能會影響到人的身體健康，因此，水質(zhì)檢測工作十分重要。

1 研究背景

有關(guān)飲用水中元素測定的研究一直是較受關(guān)注的課題，這主要是由于飲用水的品質(zhì)與民生息息相關(guān)。在以往的研究當(dāng)中，主要是針對飲用水中單項元素含量進(jìn)行測定，采用的方法較為多樣，針對重金屬元素的測定常會運(yùn)用原子吸收光譜法，該項方法主要是使用原子吸收光譜儀來測定水樣中的重金屬元素含量，其作用原理是利用火焰原子吸收原理將待測金屬元素轉(zhuǎn)變?yōu)樵诱羝缓蠓治銎湮盏姆止夤舛惹闆r，進(jìn)而確定重金屬成分含量，這種方法的檢測結(jié)果具有較高精準(zhǔn)度，且靈敏度頗高，因此被廣泛運(yùn)用。但隨著飲用水水質(zhì)檢測要求的提高，原子吸收光譜法由于效率偏低，無法同時開展多種金屬元素檢測，逐漸被電子耦合等離子體質(zhì)譜法所替代。許多研究實踐表明，這種測定方法的水樣測定效率明顯提升，因此，文章中以飲用水中幾種常見的重金屬元素同時測定為要求，對電子耦合等離子體質(zhì)譜法的應(yīng)用進(jìn)行了描述，可供相關(guān)技術(shù)人員參考[1]。

2 研究意義

由于工業(yè)的快速發(fā)展，許多工業(yè)污水排放到地表水當(dāng)中，其中金屬元素含量越來越高，包括鋅離子、銅離子以及鐵離子等，嚴(yán)重污染了水體環(huán)境?；谒h(huán)的原理，其最終會出現(xiàn)在飲用水當(dāng)中，因此，為了防止水中金屬元素含量過高，需要加強(qiáng)對水質(zhì)的測定與分析，基于各項金屬離子的特點，針對性測定每一種危害人體的元素，從而保證其含量不超出規(guī)定范圍，確保飲用水的健康。而測定方法的科學(xué)性和準(zhǔn)確性是水質(zhì)檢測的關(guān)鍵要素，需結(jié)合水質(zhì)特點選擇合適的方法，保證測定結(jié)果的精確性。與傳統(tǒng)檢測方法相比，電感耦合等離子體質(zhì)譜法屬于一種新型測定水體元素含量的方法，其不僅能夠保證測定精度符合要求，也能有效提高水質(zhì)檢測工作的效率。因此，本文使用該方法來測定飲用水中的常見金屬元素含量，為飲用水的水質(zhì)檢測工作提供可靠參考，進(jìn)一步完善電感耦合等離子體質(zhì)譜法應(yīng)用的相關(guān)理論基礎(chǔ)[2]。

3 相關(guān)試驗使用材料與方法

3.1 試驗儀器設(shè)備

本次試驗主要是研究飲用水中的重金屬元素含量，以飲用水中的六種重金屬元素為例，分別為鎘、鉻、鉛、鋅、銅、鎳。所運(yùn)用的測定手段為電感耦合等離子體質(zhì)譜法?；谝陨显囼灄l件來選擇本次試驗所需要的儀器設(shè)備，其中核心儀器就是電感耦合等離子體質(zhì)譜儀，本次試驗使用的儀器型號為美國賽默飛的icap-TQ質(zhì)譜儀，其具有較高性能水平且便于操作員進(jìn)行操作，干擾去除的功能較為強(qiáng)大，準(zhǔn)確度高，運(yùn)行頗為穩(wěn)健，故障率較低。此外還需準(zhǔn)備超純水儀設(shè)備，本次試驗該設(shè)備的選型為美國Millipore公司的Mill-Q型儀器。

3.2 試驗試劑

本次試驗中所運(yùn)用的主要試劑為工藝超純硝酸試劑，使用的物質(zhì)主要為水，保證超純水級別，在具體使用之前，還要對水中元素含量進(jìn)行檢測，確保其能夠小于方法檢出限。使用的溶液類型大概有三種，分別為內(nèi)標(biāo)溶液、標(biāo)準(zhǔn)儲備液以及調(diào)諧溶液。其中，內(nèi)標(biāo)溶液的制作主要是運(yùn)用1%的硝酸物質(zhì)對鍺元素和銠元素的混合標(biāo)準(zhǔn)儲備溶液進(jìn)行稀釋處理，使其達(dá)到10 μg/L；標(biāo)準(zhǔn)的儲備液是最為重要的溶液，其中包括了混合標(biāo)準(zhǔn)元素，濃度為100 mg/L，隨后再使用1%的硝酸作為介質(zhì)對其進(jìn)行逐級稀釋處理，最終制成標(biāo)準(zhǔn)曲線形式，其中鎘、鉻、鉛、銅、鋅和鎳六種金屬元素為0-100 μg/L；調(diào)諧溶液的制作則是同樣使用1%的硝酸做介質(zhì)對鋰元素和鎂元素混合標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行稀釋處理，制成1 μg/L的溶液。

3.3 具體試驗方法

試驗中需要對相關(guān)樣品進(jìn)行科學(xué)采集以及處理，主要是將采集的樣品利用水系膜來加以過濾，膜的規(guī)格為0.45 μm，過濾結(jié)束之后再對其進(jìn)行酸化處理，使用50%的硝酸溶液來處理，隨后開展相關(guān)測定工作。在試驗測定開始時，需要切實掌握儀器的規(guī)范操作方式，本次試驗中要確保做好電感耦合等離子體質(zhì)譜儀的操控，將發(fā)生器的功率調(diào)整到1 600 W，對霧化器裝置的氣流量也需進(jìn)行調(diào)控，參數(shù)為每分鐘1.03 L，同時設(shè)置每分鐘1.20 L的輔助氣流量，等離子氣流量參數(shù)設(shè)置為每分鐘18.0 L，檢測過程采用全自動方式，泵速為每秒0.10轉(zhuǎn)。霧化器規(guī)格為同心霧化器，具體采樣的深度值范圍控制在8毫米-10毫米之內(nèi)，采集方式為spectrum（跳峰方式），其單位峰測定點的數(shù)量為20，需進(jìn)行3次重復(fù)采集，基于上述所配制完成的標(biāo)準(zhǔn)系列溶液，進(jìn)一步開展檢測工作。在對樣品進(jìn)行檢測時，還需向其加入配制好的內(nèi)標(biāo)溶液做對比分析，再結(jié)合試驗具體方式，檢測相對應(yīng)的空白樣品。檢測相關(guān)樣品的具體方式為，采集水樣完成后，使用體積比為1:1的硝酸試劑來進(jìn)行水樣pH值的調(diào)整，將其調(diào)節(jié)到特定酸度使pH值小于2，再加以有效儲存。由于直接采集的水樣渾濁度較高，因此需要進(jìn)行過濾，最終樣品為濾液，隨后對其開展測定并同時測定標(biāo)準(zhǔn)系列溶液，最后利用標(biāo)準(zhǔn)曲線對樣品元素含量進(jìn)行計算即可。在評價標(biāo)準(zhǔn)方面，針對水質(zhì)環(huán)境中鎘、鉻、鉛、鋅、銅、鎳六種標(biāo)準(zhǔn)樣品金屬元素，采取七次平行測定的方式，再對七次結(jié)果取平均值處理，即可獲得最終測定結(jié)果，然后與國標(biāo)值進(jìn)一步對比分析。本次試驗的對比分析和計算過程中需運(yùn)用到統(tǒng)計學(xué)方法，主要采用SPSS 20.0版本的統(tǒng)計學(xué)軟件來處理，在檢驗其計數(shù)資料時主要是運(yùn)用χ2，表示單位為%，在檢驗計量資料時主要運(yùn)用t，表示單位為x±s，若對比分析的差異結(jié)果不具有統(tǒng)計學(xué)意義，則運(yùn)用P＞0.05來進(jìn)行表示[3]。

4 試驗結(jié)果分析

4.1 儀器條件的優(yōu)化

試驗所采用的調(diào)諧液為賽默飛公司制備提供，在使用過程中需要對儀器設(shè)置特定程序，進(jìn)一步對儀器中的條件進(jìn)行優(yōu)化，調(diào)整其各項參數(shù)信息，為設(shè)備的運(yùn)行奠定良好基礎(chǔ)。儀器在優(yōu)化調(diào)整之后，除了上述確定的射頻功率、等離子流量速度、霧化流量速度以及輔助氣流速參數(shù)設(shè)定外，還要對其脈沖電壓進(jìn)行調(diào)整，參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)為1 200 V，模擬電壓的調(diào)整參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)為1 700 V。試驗開始后的內(nèi)標(biāo)元素中包含鍺元素、硒元素以及鉍元素等幾種元素，其作用是對接口效應(yīng)以及基本效應(yīng)的相關(guān)測定結(jié)果進(jìn)行某種程度上的干擾校正，同時，在經(jīng)過長時間的檢測處理工作后，儀器的部分信號可能會出現(xiàn)偏移情況，而內(nèi)標(biāo)元素中的各項元素也有利于調(diào)整這種偏移信號。水樣測定的同位素要以干擾較少以及豐度更大為選擇的原則，因此選取出的同位素主要包括Cr53、Cu63、Ni63、Pb208、Zn66以及Cd111。

4.2 標(biāo)準(zhǔn)曲線分析

采集相關(guān)空白溶液和標(biāo)準(zhǔn)溶液系列，進(jìn)一步繪制相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)曲線并明確線性相關(guān)系數(shù)，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)曲線結(jié)果表明，鎘、鉻、鉛、鋅、銅、鎳六種金屬元素測定結(jié)果都呈現(xiàn)出較為良好的線性關(guān)系，具體相關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)果如下：鉻金屬元素標(biāo)準(zhǔn)曲線中斜率值約為1.90×107，相關(guān)截距值為1.26×106，系數(shù)參數(shù)為0.999 7，經(jīng)過樣品的7次反復(fù)測定，取平均值為3.83 μg/L，最后通過計算獲得相對標(biāo)準(zhǔn)偏差值為3.24%；鎳金屬元素標(biāo)準(zhǔn)曲線中斜率值約為4.67×106，相關(guān)截距值為1.34×105，系數(shù)參數(shù)為0.999 9，經(jīng)過樣品的7次反復(fù)測定，取得平均值為3.96 μg/L，最后通過計算獲得相對標(biāo)準(zhǔn)偏差值為1.87%；銅金屬元素標(biāo)準(zhǔn)曲線中斜率值約為9.20×106，相關(guān)截距值為-3.56×104，系數(shù)參數(shù)為0.999 5，經(jīng)過樣品的7次反復(fù)測定，取得平均值為3.90 μg/L，最后通過計算獲得相對標(biāo)準(zhǔn)偏差值為1.38%；鎘金屬元素標(biāo)準(zhǔn)曲線中斜率值約為1.56×106，相關(guān)截距值為3.54×103，系數(shù)參數(shù)為0.999 6，經(jīng)過樣品的7次反復(fù)測定，取得平均值為3.89 μg/L，最后通過計算獲得相對標(biāo)準(zhǔn)偏差值為1.15%；鉛金屬元素標(biāo)準(zhǔn)曲線中斜率值約為7.47×106，相關(guān)截距值為-3.76×103，系數(shù)參數(shù)為0.999 8，經(jīng)過樣品的7次反復(fù)測定，取得平均值為3.96 μg/L，最后通過計算獲得相對標(biāo)準(zhǔn)偏差值為1.02%；鋅金屬元素標(biāo)準(zhǔn)曲線中斜率值約為1.60×106，相關(guān)截距值為9.54×102，系數(shù)參數(shù)為0.9999，經(jīng)過樣品的7次反復(fù)測定，取得平均值為510 μg/L，最后通過計算獲得相對標(biāo)準(zhǔn)偏差值為2.20%。

4.3 試驗方法檢出限

分析試驗的方法檢出限，基于上述儀器條件的優(yōu)化情況，采取七次平行測定的方式，測定其試劑的空白溶液，最后借助檢出限的相關(guān)計算公式來得到方法檢出限，具體公式與結(jié)果為：MDL=標(biāo)準(zhǔn)偏差值×t（n-1，0.99），通過查表得出t（6-1，0.99）的結(jié)果為3.143。最后再結(jié)合相關(guān)試驗進(jìn)行元素測定分析，獲得試驗各項金屬元素的檢出限結(jié)果如下：鎳元素的檢出限為0.003 μg/L；鎘元素的檢出限為0.003 μg/L；鉻元素的檢出限為0.009 μg/L；銅元素的檢出限為0.015 μg/L；鉛元素的檢出限為0.003 μg/L；鋅元素的檢出限為0.033 μg/L。通過該結(jié)果可知，本次測定的方法檢出限值皆低于HJ 700-2014中的限值標(biāo)準(zhǔn)，因此與相關(guān)要求相符合[4]。

4.4 試驗方法準(zhǔn)確性

對本次試驗的方法準(zhǔn)確性加以驗證，取鎘、鉻、鉛、鋅、銅、鎳六種金屬元素的標(biāo)準(zhǔn)溶液，其中鎘、鉻、鉛、銅、鎳的標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度為10.00 μg/L，鋅的標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度為50 μg/L，共開展7次平行測定，隨后對RSD值（相對標(biāo)準(zhǔn)偏差）進(jìn)行準(zhǔn)確計算，計算結(jié)果表明，其相對標(biāo)準(zhǔn)偏差均在5%以下，即使存在一定誤差也未超過標(biāo)準(zhǔn)范圍，這也說明了本次使用的測定儀器以及測定方法都具有可靠性，其精密度達(dá)到要求。

4.5 樣品測定分析

本次試驗開展主要是針對某區(qū)域內(nèi)的飲用水進(jìn)行重金屬元素含量的相關(guān)檢測工作，為了保證檢測結(jié)果的準(zhǔn)確和客觀，在該區(qū)域內(nèi)隨機(jī)抽選出四個飲用水點位來進(jìn)行檢測工作，對相關(guān)測定進(jìn)行加標(biāo)試驗，其中鎘、鉻、鉛、銅、鎳的加標(biāo)濃度為2.00 μg/L，鋅的加標(biāo)濃度值為20 μg/L，分析具體的測量結(jié)果與回收率來判斷樣品測定的可靠性，具體情況如下：共取四次樣品結(jié)果，分別為1號樣品、2號樣品、3號樣品以及4號樣品，其中，鉻元素的1號樣品測定值為0.0104 μg/L，回收率值為96.5%，2號樣品測定值為0.017 7 μg/L，回收率值為99.5%，3號樣品測定值為0.008 9 μg/L，回收率值為98.0%，4號樣品測定值為0.043 8 μg/L，回收率值為103%。鎳元素的1號樣品測定值為0.015 2 μg/L，回收率值為98.3%，2號樣品測定值為0.0167 μg/L，回收率值為94.8%，3號樣品測定值為0.010 3 μg/L，回收率值為107%，4號樣品測定值為0.031 5 μg/L，回收率值為96.2%。銅元素的1號樣品測定值為0.027 3 μg/L，回收率值為92.2%，2號樣品測定值為0.0140 μg/L，回收率值為105%，3號樣品測定值為0.0128 μg/L，回收率值為101%，4號樣品測定值為0.026 4 μg/L，回收率值為98.1%。鎘元素的1號樣品測定值ND（指檢測結(jié)果低于檢測限），回收率值為102%，2號樣品測定值ND，回收率值為108%，3號樣品測定值ND，回收率值為97.4%，4號樣品測定值ND，回收率值為94.6%。鉛元素的1號樣品測定值ND，回收率值為95.5%，2號樣品測定值ND，回收率值為96.8%，3號樣品測定值ND，回收率值為105%，4號樣品測定值ND，回收率值為93.8%。鋅元素的1號樣品測定值為40.8 μg/L，回收率值為102%，2號樣品測定值為37.7 μg/L，回收率值為98.8%，3號樣品測定值為15.3 μg/L，回收率值為104%，4號樣品測定值為26.9 μg/L，回收率值為101%。根據(jù)上述結(jié)果可知，所有測定的金屬元素回收率都處于90%到110%的范圍之內(nèi)，且與相關(guān)加標(biāo)回收率的要求相符合，這也表明了該試驗進(jìn)行的樣品測定具有較高可靠性。

5 相關(guān)討論

從當(dāng)前我國飲用水情況來看，水污染問題仍舊沒有解決，部分地區(qū)的污染程度依然比較嚴(yán)重，水環(huán)境中重金屬元素含量較高。采取高效、便捷、快速以及創(chuàng)新的方式來檢測飲用水中重金屬元素含量越來越重要。為了盡可能確保居民飲用水的安全性達(dá)標(biāo)，目前我國頒布并落實了許多生活飲用水相關(guān)的衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)，比如針對飲用水要求檢測的金屬元素數(shù)量已經(jīng)超過了20種，對水體開展金屬元素檢測可為生活飲用水的評價提供支持，更成了水質(zhì)監(jiān)測工作的重點。高污染程度的水源往往含有較高比重的金屬元素，掌握其具體含量可以切實了解飲用水的衛(wèi)生安全情況。傳統(tǒng)的生活飲用水金屬元素檢測方法較多，比如說原子吸收光譜法、氫化物發(fā)生原子熒光法以及化學(xué)檢測法等[5]。這些方法雖然都可以獲得較為可靠的檢測結(jié)果，但其在處理水體樣品時操作流程復(fù)雜，耗費(fèi)時間較多，且通常只能夠針對單項金屬元素開展檢測，若要檢測多種元素則要依次進(jìn)行，無法一次性完成，實際工作效率偏低，且線性范圍的控制較為狹窄，最終的檢測結(jié)果精密度自然會受到一定影響。由此可見，電感耦合等離子體質(zhì)譜法將成為未來檢測技術(shù)的發(fā)展趨勢。

根據(jù)電感耦合等離子體質(zhì)譜法的原理可知，其主要是通過運(yùn)用高溫氬等離子體來生成相應(yīng)的正電荷離子，由于這種等離子體處于高溫條件下，因而使得樣品氣溶膠受到溫度影響而發(fā)生蒸發(fā)反應(yīng)，轉(zhuǎn)變成較為干燥的顆粒，最后再對顆粒進(jìn)一步分離獲得基態(tài)原子，再經(jīng)過一定能量加成后，原子會失去電子，生成帶正電荷的離子，再被進(jìn)一步傳送到質(zhì)譜儀器內(nèi)部，開展相應(yīng)檢測即可[6]。電感耦合等離子體質(zhì)譜法檢測飲用水中元素含量的優(yōu)勢較多，其線性范圍較為廣泛，受到的限制因素較少，因而可以提高檢測的準(zhǔn)確性，確保檢測結(jié)果更為可靠。同時，在檢測操作上也具有簡便性特點，分析速度較快，檢測靈敏度高，與傳統(tǒng)的水質(zhì)檢測方法相比，該方法具有更高的應(yīng)用價值，因此目前在飲用水金屬元素含量檢測中的應(yīng)用越來越廣泛。此外，需要注意的一點是，使用電感耦合等離子體質(zhì)譜法開展檢測，還需要強(qiáng)有力的技術(shù)做支持，為此要提升操作人員的專業(yè)水平，加強(qiáng)對相關(guān)人員的知識技能培養(yǎng)。要制定與檢測工作相關(guān)的規(guī)范要求，保證水質(zhì)檢測工作的良好執(zhí)行，發(fā)揮出該方法的最大作用。本次試驗針對飲用水樣品重復(fù)進(jìn)行了多次測定，故而得到的元素相對標(biāo)準(zhǔn)差值比較小，平均值偏差不大，結(jié)果準(zhǔn)確度和國際值檢測結(jié)果之間差異較小，這也體現(xiàn)出了電感耦合等離子體質(zhì)譜儀在同時測定多種元素時的應(yīng)用價值。

6 結(jié)論

綜上所述，在飲用水測定多種重金屬元素含量的工作中采用電感耦合等離子體質(zhì)譜法，有利于加快測定速度、提升檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性。采用該方法進(jìn)行測定試驗還需對多項參數(shù)加以控制，確保儀器設(shè)備的科學(xué)運(yùn)行，保證試劑的合理使用。通過對標(biāo)準(zhǔn)曲線、試驗方法檢出限以及試驗方法準(zhǔn)確性進(jìn)行分析，進(jìn)一步確定了電感耦合等離子體質(zhì)譜法測定飲用水中重金屬元素結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。