火焰原子吸收光谱法在水质监测中测定铜、镉、锌的研究

　　水质对于人体的健康至关重要，水质监测在很多国家的环境保护组织与政府机构中都是非常重要的内容。目前，火焰原子吸收法已经被广泛地应用在水质监测中多种金属元素的测定方面。但是根据目前的结果来看，常规的火焰原子吸收光谱法的灵敏度还不能较好地满足水质监测的要求，需要进一步提高其测定精度。常规的火焰原子吸收光谱法只能测定ug/mL级别的金属元素，但是通过螯合萃取法的火焰原子吸收光谱法则能够测定到ug/L级。根据相关资料，螯合萃取法的火焰原子吸收光谱法测定水中金属元素的研究已经有所展开，但是由于其中的大多数方法是直接进样，需要较大的进样量与富集大量的样品。通过螯合萃取法的火焰原子吸收光谱法则相对于传统的火焰原子吸收光谱法可以节省大量的时间与精力。本文提出的方法能够为水质监测中铜、镉、锌的测定提供新途径。 
　　1 测定原理 
　　在一定的pH条件下，水中的铜、镉、锌与DDTC可以螯合成比较稳定的化合物，将生成的金属螯合物通过二异丁酮进行萃取，其中二异丁酮萃取物的密度为0.9381g/cm3，并且由于二异丁酮在水中的溶解度非常小，在20℃100g水中的溶解度仅仅为0.05g，由于有机相可以与水在较短的时间内分离开，各种元素能够达到较高的浓度。水样中的铜、镉、锌则能够被萃取出来，各种元素的测定就变为了在有机相中的测定。而有机相中的各类元素能够通过雾化器在乙炔-空气的火焰中吸收大量的能量，从而转化为基态原子。基态原子可以吸收该元素的空心阴极灯所提供的特征谱线的光源能量，基态原子吸收能量的大小与二异丁酮萃取物中不同元素的含量具有密切的关系。而二异丁酮中所萃取的元素来自于水样中，只要计算出水样与有机相之间的体积关系，就能够测定出水样中所含各类元素的浓度。本文中首先测定出有机相中铜、镉、锌的吸光值，然后利用标准工作曲线将有机相中铜、镉、锌的含量计算出来，通过水样与有机相之间的体积关系求出水样中铜、镉、锌的浓度。 
　　2 实验设备 
　　本文实验所用设备有日立Z-5000型原子吸收分光光度计以及空心阴极灯，电动振荡器，超声波清洗器。 
　　本文实验中所使用的采集水样的聚乙烯塑料瓶与实验中使用的玻璃器皿都经过了洗涤剂的清洗，并在硝酸溶液中浸泡后，反复冲洗后，再用去离子水润洗2～3次。 
　　3 实验条件 
　　（1）原子化条件。二异丁酮在空气-乙炔火焰中主要表现为助燃的性质。根据本文实验表明，二异丁酮能够使火焰燃烧更加稳定，有助于有机相中各种元素的测定。事实上，乙炔与空气在总流量中的比例对于铜、镉、锌等元素的测量不会产生明显的影响。通过多次实验，最佳的实验条件为乙炔流量为每分钟2L，空气流量为每分钟11L，燃烧头的高度为刻度显示的2.5mm。 
　　（2）pH值对于金属螯合与萃取的影响。根据实验表明，水质的pH值对于实验结果具有非常大的影响，不同的pH值能够使铜、镉、锌的浓度出现较大变化。其中pH值越低，萃取的效果则越好。如果水样中的pH值过高会引起金属离子的水解，而且pH值较高会使萃取的反应变差，其中主要表现为各种金属元素的吸收下降。根据本文实现显示，pH值的最优值为2.0，在这一pH值下，金属的螯合与萃取均得到了较好的效果。根据以上所述，可以看出为了满足实验中灵敏度的要求，并且精确度得到一定的保证，应该将水样的pH值严格地进行控制。本文实验中水样的pH值与制作标准工作曲线时所使用试液的pH值相同。 
　　（3）振荡时间。为了有机相与水样的充分接触，从而取得较好的萃取效果。本文认为应该保证一定的振荡时间。在考虑到有机相与水样可能出现两相乳化的现象，振荡时间则不能太长。所以振荡时间的选取与各类金属元素的检测具有较为密切的关系。本文中将振荡时间选择为12分钟。在振荡结束后，为了保证两相的分离需要静置样品一段时间，只有等两相的分界线较为清晰的出现后，才能保证两相的彻底分开。 
　　试样中其他成分的影响。一般而言江河、湖水、水库与地下水的水样中存在各种干扰离子。但是实验结果表明这些元素对于铜、镉、锌等元素的检验并不会产生严重的干扰。这是因为大部分干扰离子对于铜、镉、锌的萃取结果影响比较小，但是需要注意的是当钙的浓度高于1000mg/L的情况下，会对镉的萃取产生影响，所以针对高钙化度水样测定的时候，应该减少浓缩倍数。当硅与铁的含量超过100mg/L的时候，对锌的萃取会产生影响，为了保证锌的萃取可以通过氢氟酸进行处理。 
　　4 实验结果 
　　本文对某河流水样中铜、镉、锌元素进行实验。取100mL水样进行萃取操作，使有机相的吸收满足铜、镉、锌的吸收条件。其中调pH值在2.35～2.39之间。使用了1%的铜试剂10mL，二异丁酮2mL。测定结果的相对标准误差及加标回收率均符合实验室国家计量认证的技术要求。测定及计算结果列于表1。 
　　本文实验数据显示，本方法测定铜、镉、锌元素的灵敏度比直接测量法有了较大的提高，平均达到了两个数量级。其中能够测定每升水样中铜元素的含量达到了0.16ug、镉达到了0.06ug、锌达到了0.74ug。 
　　事实上通过铜试剂与二异丁酮螯合萃取水样中的铜、镉、锌元素，可以将在水样中铜、镉、锌元素的测定转化为有机相中测量的方法。通过铜试剂与二异丁酮螯合萃取的方法使铜、镉、锌元素测定的灵敏度与精确度达到要求，其中测定误差小于5%，工作曲线的相关系数大于0.999。本实验提供的方法比较可靠，具有操作简单，测定速度较快的特点，在满足pH值要求的情况下，可以满足水样中铜、镉、锌等元素的测量。