LUMEX高频塞曼石墨炉原子吸收应用—水中铝的测定

背景介绍

铝在自然界中存在于多种含铝矿物和粘土中，在地壳中含量仅次于氧和硅。天然水中铝含量受降尘、降水和土壤组成的影响,尤其在酸雨地区的地面水中，铝浓度可增高。各种铝盐作为净水剂被广泛应用于饮用水处理工艺中。人类生活息息相关的水中也存在铝的化合物, 许多溶于水的铝无机化合物会随废水排入环境中, 就将以溶解态长期存在, 并通过饮用水对人和温血动物产生危害。近十年的研究表明,饮用水中铝更易被人体吸收,通过体内蓄积参与人体许多生物化学反应,能将体内必需的营养元素和微量元素置换流失或沉积,干扰破坏各部位的生理功能,导致人体出现诸如铝性脑病、铝性骨病、铝性贫血等中毒病症。铝元素并非是人体的必需成分，近年来由于流行病研究方面的进展，显示铝对人体的神经系统有潜在的危害。1998年美国环保局（EPA）将铝纳入饮用水污染物的名单，并作了如下陈述：对饮用水中铝污染的风险性质做更深入研究是非常有必要的，因为铝分布广泛。据报道美国自来水协会的调查统计，自来水中残留铝含量的平均值约为0.12mg/L，而我国部分水厂的自来水铝含量的平均值约为0.29mg/L。

原有水中铝的测定使用分光光度法，步骤繁琐,且需加入铝试剂、铬天青等多种化学试剂，其受水浊度、色度以及其他因素的干扰, 准确性和稳定性均不理想。而采用石墨炉原子吸收风光光度法测定铝元素，选择性好、灵敏度高、检测限低，同时维护方便，目前较多采用石墨炉原子吸收光度法,波长选用257.4nm检测铝含量在500μg/L以下的饮用水样，也在水中铝的检测方面得到广泛应用。本次实验采用了石墨炉原子吸收光谱法, 对自来水、地表水、地表水源及工业废水的水中的痕量铝进行了分析, 该方法简便快速、结果准确、灵敏度高、稳定性好。

实验部分

1.实验条件

MGA-1000高频塞曼石墨炉原子吸收分光光度计（LUMEX公司）；

铝空心阴极灯。

试剂：铝标准溶液（1000mg/mL）。硝酸、盐酸均为优级纯。

实验用水为超纯水。

MGA系列石墨炉原子吸收采用高频塞曼技术（高达50K Hz）结合STPF稳定温度平台，有效消除基质干扰，提选择性好、灵敏度高、检测限低。快速升温速率（最高7000℃/秒），有效提高原子化效率和灵敏度，实现重金属含量的高精度痕量分析，仪器设计精巧，一体化冷却循环水，仪器兼容性和适用性较高，符合GB5009，EPA 200.12，ISO 11174:1996，GB/T-17141-1997，HJ-748-2015，HJ-673-2013，HJ-737-2015等方法标准。

2.仪器操作条件选择

     波长： 灯电流：  测量模式：峰面积。石墨炉工作程序见表1：

3.校准曲线绘制

     配置标准溶液浓度为100ng/mL，在仪器条件下，测定吸光度，绘制标准曲线，如下所示。

4.水样采集

     按《生活饮用水标准检验方法》中《水样的采集与保存》进行，用500m瓶盛装水样，加入硝酸，使水样中含1%硝酸

5.水样测定

     将铝标准溶液1000mg/mL用1%硝酸逐级稀释成100ng/mL标准使用液,由仪器自动配制标准系列。进样铝绝对质量为0、1000、2000、5000;制备液为1%硝酸,基体改进剂为100mg/L硝酸镁。仪器在最佳工作条件下,按设定条件及程序依次测定标准曲线和样品,进样体积20μl,基体改进剂5μl,进样总体积25μl。采用峰面积模式定量,每测10个样品进行1次标准校正。

实验结果

1.分析线选择

     生活饮用水标准中铝的限值为0.2mg/L,在对自来水、地表水、地表水源水的日常检测中,发现有些样品已达到或超过这一限值。不同波长下进样10μl标准溶液产生0.2Abs吸光值所需的铝标准溶液浓度。若选用396.2、309.3nm作为分析线,由于其灵敏度较高样品需多次稀释,造成检验过程繁琐且易引入误差。考虑所测样品待测元素的含量范围及元素灯的强度,选用次灵敏线257.4nm作为分析线,绝大部分水样可直接测定,个别水样通过减少进样量即可测定结果。

2.铝的灰化温度的选择

     本实验采用一定浓度的铝标准溶液在其他温度条件不变时, 灰化温度从300℃上升到1700℃对该铝标准溶液进行了吸光度的测定, 所得到的相应吸光度, 以温度值对吸光度值作图绘制灰化温度优化曲线,在灰化温度较低时,对应的吸光度值也较低, 在灰化温度为1400℃时吸光度值出现峰点, 随着灰化温度的继续升高出现灰化损失, 因此本实验选择灰化温度为1400℃。

3.铝的原子化温度的选择

     本实验采用一定浓度的铝标准溶液在其他温度条件不变时,原子化温度从2000℃上升到2600℃对该铝标准溶液进行了吸光度的测定, 所得到的相应吸光度, 以温度值对吸光度值作图绘制原子化温度优化曲线 , 随着温度升高, 吸光度值不断增大, 在2300℃到2600℃时吸光度出现峰值, 由于温度过高将损害石墨管的寿命, 因此本实验选择2300℃为原子化温度。

4.基体改进剂的选择

    在石墨炉原子吸收光谱分析中, 为了减少或消除基体组分的背景干扰，常用基体改进技术。本实验采用硝酸镁做为基体改进剂。硝酸镁可使铝变成难挥发性化合物, 适当提高灰化温度, 可使背景干扰物质在原子化前被挥发除去。分别对镁含量为0、10、50、100、200、500mg/L的硝酸镁溶液体系进行吸光度测试, 结果表明, 镁含量在100-200mg/L时, 吸光度最为理想。本实验选择加入100mg/L硝酸镁的体系做为基体改进剂。

5.精密度实验

     平行称取2份水样品, 按本试验方法,在所选的工作条件下,测定铝的含量, 结果见下表：

 由上表可看出，采用石墨炉原子吸收光谱法测定水样中铝的含量的方法具有良好的精密度。

6.加标回收率实验

     准确称取已知铝含量的试样, 置于50ml容量瓶中, 试样中铝含量为2.5ug/L，加入不同浓度的铝标准溶液, 依照此法在规定条件下做回收试验, 结果见下表：

由上表可以得出，采用石墨炉法测定各类水样中痕量铝的含量,具有良好的准确度。

结论

      通过上述实验,对不同水样中铝的测定的精密度为0.98%-1.45%，回收率为98.4%-99.2%，具有较好的准确度和精密度, 且方法简便易行, 能广泛地应用于各种水样中铝的测定。