引用本文
刘佳, 刘冰冰, 韩梅, 贾娜, 张辰凌. 电感耦合等离子体原子发射光谱法测定水中总磷的方法研究[J]. 光谱学与光谱分析, 2018,38(6): 1880-1883.
LIU Jia, LIU Bing-bing, HAN Mei, JIA Na, ZHANG Chen-ling. Methodology Research for Determination of Total Phosphorus in Water by Inductively Coupled Plasma-Atomic Emission Spectrometry[J]. Spectroscopy and Spectral Analysis, 2018,38(6): 1880-1883.
Doi:10.3964/j.issn.1000-0593(2018)06-1880-04  
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电感耦合等离子体原子发射光谱法测定水中总磷的方法研究
刘佳, 刘冰冰, 韩梅, 贾娜, 张辰凌*
中国地质科学院水文地质环境地质研究所, 河北 正定 050803

作者简介: 刘 佳, 1988年生, 中国地质科学院水文地质环境地质研究所实习研究员 e-mail: 873114642@qq.com

收稿日期: 2017-06-27
基金: 国家自然科学基金青年科学基金项目(41402232)和地调项目(12120115055301)资助
摘要

目前, 越来越多的磷进入水中, 严重影响着生态环境和人类身体健康, 但磷的传统分析方法操作复杂, 需外加多种试剂。 采用电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)测定水中总磷, 对仪器工作条件进行了探讨。 结果表明仪器最佳工作条件如下: 分析谱线为213.617 nm, 射频功率为1 300 W, 雾化器流速为0.5 L·min-1, 观测高度为15 mm, 蠕动泵泵速为1.2 mL·min-1, 观测方式为径向。 在仪器的最佳工作条件下, 对本方法测定磷的检出限, 精密度, 回收率进行了研究。 结果表明仪器检出限为0.028 mg·L-1, 方法检出限为0.084 mg·L-1, 精密度在0.6%~3.9%之间, 回收率为102.3%~103.0%。 此外, 本方法与磷钼蓝分光光度法进行了对比, 分析结果基本一致。 该方法快捷简便, 具有较好的精密度和回收率, 适于实际样品的分析。

关键词: ICP-AES; 水; 磷
中图分类号:O657.3 文献标志码:A
Methodology Research for Determination of Total Phosphorus in Water by Inductively Coupled Plasma-Atomic Emission Spectrometry
LIU Jia, LIU Bing-bing, HAN Mei, JIA Na, ZHANG Chen-ling*
Institute of Hydrogeology and Environmental Geology, Chinese Academy of Geological Sciences, Zhengding 050803, China
Abstract

At present, more and more phosphorus is entering the water, which seriously affects the ecological environment and human health, however, the traditional methods of phosphorus analysis are complex and require multiple reagents. In this paper, total phosphorus in water is determined by inductively coupled plasma-atomic emission spectrometry (ICP-AES). In this paper, the instrument working conditions were discussed. The results showed that the optimum instrument working conditions were as follows: the analytical line was 213.617 nm, the RF power was 1 300 W, the nebulizer flow rate was 0.5 L·min-1, the observation height was 15 mm, the peristaltic pump speed was 1.2 mL·min-1, and the observation way was radial. Under the optimum working conditions, the detection limit, precision and recovery of phosphorus were studied. The results showed that the instrument detection limit and method detection limit of phosphorus were 0.028 and 0.084 mg·L-1, the relative standard deviation was between 0.6% and 3.9% in the accuracy test, recovery rates were between 102.3% and 103.0%. In addition, this method was compared with phosphor molybdenum blue spectrophotometry, and the results were basically consistent. This method is quick and easy with good precision and recovery, which is suitable for the analysis of actual samples.

Keyword: ICP-AES; Water; Phosphorus
引 言

随着农药, 化肥, 洗涤剂的使用, 生活污水, 农业废水的排放, 过多的磷进入水体中, 引起藻类及其他浮游生物迅速繁殖, 水体溶解氧下降, 使鱼类或者其他生物大量死亡, 水质恶化[1, 2]。 总磷是反映水体受污染程度和富营养化程度的重要指标, 在我国现行的环境质量标准(GB3838— 2002)中为基本项目, 同时也是水质分类的重要参数之一[3]。 因此对水中总磷的测定方法进行研究有一定意义。

目前, 我国多个行业现行的总磷检测标准方法为分光光度法, 且多以磷酸盐为测定主体[4, 5, 6, 7]。 该方法过程繁冗, 需要加入多种化学试剂, 测定线性范围窄, 且测定易受到样品浊度和色度的影响[6, 7]。 本文采用ICP-AES测定水中总磷, 并对仪器工作条件进行优化, 结果表明, 该方法操作简单, 方便快捷, 准确度和精密度好, 适于水中总磷的分析。

1 实验部分

Optima 8000 Series 电感耦合等离子体光谱仪(美国Perkin Elmer 公司), 采用十字交叉雾化器及Scott雾室。

磷标准贮备溶液(中国计量科学研究院, 以H2P O4-计, 浓度为100 mg· L-1); 磷标准工作溶液: 分别取适量磷标准贮备溶液加入到50 mL 容量瓶中, 用去离子水定容并摇匀, 配制成浓度分别为0, 0.2, 0.5, 1.0, 2.0, 5.0 mg· L-1的磷标准溶液(以P计); 高纯氩气, 纯度为99.99%(φ )以上, 实验用水均为去离子水。

射频功率: 1300 W; 冷却气流量: 12 L· min -1; 辅助气流量: 0.2 L· min -1; 雾化气流量0.5 L· min -1; 观测高度: 15 mm; 蠕动泵泵速: 1.2 mL· min -1; 观测方式: 径向。

2 结果与讨论

据文献[8, 9, 10, 11]报道, 分析谱线的选择和仪器工作条件的优化是ICP光谱分析中的两个重要环节, 影响着样品的分析性能。 本文对ICP分析谱线, 射频功率, 雾化器流速, 观测高度, 蠕动泵泵速和观测方式进行选择, 以获得仪器最佳工作条件。

2.1 分析谱线的选择

光谱仪软件中磷的四条谱线的波长分别为177.434, 178.221, 213.617, 214.914 nm, 观察1 mg· L-1磷标准溶液在不同波长下的峰形和吸收强度, 对谱线进行选择。 结果表明: 溶液在178.221和177.434 nm处几乎无吸收, 在213.617 nm处吸收强度大于214.914 nm, 且在214.914 nm处峰形存在严重干扰。 因此选择波长为213.617 nm的谱线作为磷的分析谱线。

2.2 射频功率的选择

保持其他仪器条件不变, 调节射频功率1 000, 1 100, 1 200, 1 300, 1 400和1 500 W时, 测定1 mg· L-1磷标准溶液, 光谱强度随功率变化如图1。

图1 功率与光谱强度的关系Fig.1 Relationship between power and intensity

由图1可知, 标准溶液的光谱强度随功率增大而增大。 由以上结果可知, 高功率可以获得更大的光谱强度, 但背景的光谱强度也会增大, 使信背比降低, 检出限增大[9]; 功率过低则会影响原子的蒸发, 解离和谱线的发射强度[8]。 综合考虑, 本文选择射频功率为1 300 W。

2.3 雾化器流速的选择

保持其他仪器条件不变, 调节雾化器的流速0.4, 0.5, 0.6, 0.7和0.8 L· min-1时, 测定1 mg· L-1磷标准溶液, 光谱强度随雾化器流速变化如图2。

图2 雾化器流速与光谱强度的关系Fig.2 Relationship between nebulizer flow rate and intensity

由图2可知, 标准溶液的光谱强度随雾化器流速增大而先增大后减小, 在0.5 L· min-1处达到峰值。 这是因为雾化器流速的增大使单位时间进入等离子体的分析物质增多, 有利于谱线强度的增大, 而雾化器流速过大, 则可能使分析物被稀释, 同时缩短了中等和难电离元素的停留时间, 不利于其激发发射, 最终使光谱强度下降[10]。 因此, 选择雾化器流速为0.5 L· min-1。

2.4 观测高度的选择

保持其他仪器条件不变, 调节观测高度11, 12, 13, 14, 15, 16和17 mm, 测定1 mg· L-1磷标准溶液, 光谱强度随观测高度变化如图3。

图3 观测高度与光谱强度的关系Fig.3 Relationship between observation height and intensity

如图3所示, 从11到15 mm, 标准溶液的光谱强度随观测高度增大而增大, 但从15到17 mm, 光谱强度逐渐减小, 这可能是由于透过观测镜的谱线强度在减弱。 本文选择观测高度为15 mm。

2.5 蠕动泵泵速的选择

保持其他仪器条件不变, 调节蠕动泵泵速0.5, 0.7, 1.0, 1.2, 1.5, 1.7和2.0 mL· min-1, 测定1 mg· L-1磷标准溶液, 光谱强度随泵速变化如图4。

图4 蠕动泵泵速与光谱强度的关系Fig.4 Relationship between peristaltic pump speed and intensity

如图4所示, 光谱强度随泵速增大而增大, 且在0.5~1.2 mL· min-1变化较大, 而在1.2~2.0 mL· min-1变化较小。 这可能是因为提高泵速可以提高雾化效率和气溶胶分析物进入等离子体的速率, 但泵速过高会使样品消耗量增大, 泵管磨损, 对雾化效率也会产生影响[9]。 因此, 选择蠕动泵泵速为1.2 mL· min-1。

2.6 观测方式的选择

保持其他仪器条件不变, 对比了轴向和径向两种观测方式下的峰形, 强度, 信背比, 检出限, 精密度和回收率, 结果如表1、 表2、 表3。

表1 不同观测方式下的相关参数对比 Table 1 The comparison of relative parameters at different observation ways
表2 不同观测方式下的精密度 Table 2 Precision at different observation ways
表3 不同观测方式下的回收率 Table 3 Recovery rate at different observation ways

观察1 mg· L-1磷标准溶液在两种观测方式下的峰形和强度, 结果表明峰形在轴向观测下的干扰要大于径向, 且轴向观测下标准溶液和空白的强度显著大于径向, 但径向观测下的信背比要大于轴向, 这说明轴向观测更容易达到饱和, 径向观测的检出能力更强。 连续测定空白溶液12次, 以其标准偏差的3倍作为仪器检出限, 以其标准偏差的9倍作为方法检出限, 结果如表1所示, 可以看出轴向观测下的检出限要小于径向, 这与前面分析得出的径向观测下检出能力更强不太一致, 这可能是由于径向观测的空白强度要显著小于轴向观测, 更容易产生大的波动。

配制一系列不同浓度的标准溶液, 在不同观测方式下连续测定6次, 其平均值和相对标准偏差见表2。 由表2可知, 径向观测的相对标准偏差小于轴向, 且在测定0.10 mg· L-1标准溶液时, 轴向观测的相对标准偏差大于5%, 可见, 径向观测的精密度好于轴向。

选取实际样品在不同观测方式下进行回收率实验, 结果如表3。 可以看出径向观测的回收率优于轴向。

综合考虑, 本文选择观测方式为径向。

2.7 方法的比较

在ICP最佳工作条件下, 以ICP光谱法和磷钼蓝分光光度法测定实际样品进行比较, 结果如表4。 由表4可知, 两种方法的测定结果基本一致, 这说明以ICP-AES法测定水中总磷有一定的准确性和可行性。

表4 ICP-AES法和磷钼蓝分光光度法的比较 Table 4 Comparison of ICP-AES method and phosphorus molybdenum blue spectrophotometry method
3 结 论

通过分析谱线的选择, 射频功率、 雾化器流速、 观测高度、 蠕动泵泵速和观测方式的优化, 建立了ICP-AES测定水中总磷的方法。 仪器检出限为0.028 mg· L-1, 方法检出限为0.084 mg· L-1, 方法精密度和回收率良好, 且测定值和标准值相吻合, 与磷钼蓝分光光度法相比, 分析结果基本一致, 说明本方法可以满足实际样品分析的要求。

The authors have declared that no competing interests exist.

参考文献
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