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ICP-AES法檢測環(huán)境中重金屬元素含量研究

文檔作者：李永焱文檔來源：河南省環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究院		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2025年07月02日
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ICP—AES法檢測環(huán)境中重金屬元素
含量研究
李永焱
(河南省環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究院河南鄭州450001)
摘要探討了環(huán)境中重金屬元素物質(zhì)對(duì)人類生活的危害．并研究了ICP—AES檢測方法的特點(diǎn)和要求以及如何運(yùn)用該檢
測方法較好地?fù)鞙y液體中的重金屬含量；同時(shí)，對(duì)固體污染物的檢測提出了辦法以及應(yīng)注意的問題；最后，對(duì)未來具有前景的
檢測方法進(jìn)行了展望。
關(guān)鍵詞ICP—AES 重金屬檢測
中圖分類號(hào)：×502 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672—9064(2012)06—055一03
1概述
近30年來．隨著改革開放的發(fā)展．改革的空間逐漸加
大，新型工業(yè)不斷出現(xiàn)和興起，如機(jī)械工業(yè)、電氣工業(yè)、冶金
工業(yè)、信息工業(yè)、化學(xué)工業(yè)和電子產(chǎn)業(yè)等。工業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生的
有害物質(zhì)不斷排人人類生存的環(huán)境空間中．給人類的生存環(huán)
境造成了直接的破壞和影響。目前．全國范圍都出現(xiàn)了不同
程度的環(huán)境污染問題，主要集中在大氣污染、水污染和土壤
污染等．尤其是重金屬污染問題日益突出．部分地區(qū)的水和
土壤污染已危及到人民的健康和生活．
在我國重金屬污染較為突出的鉛、銅、鎘、砷、汞等重金
屬元素作為研究對(duì)象．它們生物可降解性小。毒性慢．通過大
氣、水、食品等進(jìn)人人體．在人體器官內(nèi)累積，造成慢性中毒，
危害人體健康。如鎘金屬可在人體的腎和肝等器官組織中蓄
積，造成組織器官的損傷：又如1953～1961年，發(fā)生在日本的
水俁病事件．無機(jī)汞在海水中慢慢轉(zhuǎn)化成甲基汞物質(zhì)被貝類
和魚類攝入累積．又經(jīng)過食物鏈的生物放大．當(dāng)?shù)鼐用袷秤?
后中毒。人類雖然長期生活在自然環(huán)境中，對(duì)于自然物質(zhì)有
較強(qiáng)的免疫和適應(yīng)能力，但是對(duì)人工合成的化學(xué)物質(zhì)，其耐
受力則要小得多。隨著人類文明的發(fā)展、生活環(huán)境的提高和
改善．作為科學(xué)研究者我們可借助現(xiàn)代科技儀器來檢測人類
周圍環(huán)境中的重金屬元素含量．為人類良好的生活環(huán)境給出
預(yù)警指示．最大程度地降低重金屬污染對(duì)人類健康帶來的危
害。
通過國內(nèi)外文獻(xiàn)∞]調(diào)研。環(huán)境中重金屬元素含量檢測
方法和技術(shù)有多重．然而國內(nèi)外通常認(rèn)可的分析方法有紫外
可分光光度法微譜分析、電感耦合等離子體法、原子吸收法、
原子熒光法和電感耦合等離子質(zhì)譜法．日本和歐盟國家大多
采用電感耦合等離子質(zhì)譜法分析法。國內(nèi)由于儀器成本高．
基本采用電感耦合等離子體法分析．優(yōu)點(diǎn)是成本低、無損檢
測、檢測速度快、操作方便、數(shù)值準(zhǔn)確可直接用于分析成品．
但檢測精度和重復(fù)性不如電感耦合等離子質(zhì)譜法分析法。結(jié)
合國內(nèi)重金屬研究檢測情況．本文深入研究了電感耦合等離
子體法分析技術(shù)在環(huán)境中檢測重金屬元素的應(yīng)用。
電感耦合等離子體法又叫ICP—AES法．主要用于元機(jī)
微量元素的定性及定量分析．可分析的元素為大多數(shù)的金屬
和硅、磷、硫等少量的非金屬，共72種【4．捫。在電子產(chǎn)品、醫(yī)藥
衛(wèi)生、冶金、地質(zhì)和商檢以及環(huán)保等部門得到廣泛的應(yīng)用。同
其它光學(xué)分析儀器相比，具有明顯的優(yōu)勢：①分析速度快。能
夠一次分析多種被測元素的特征光譜．一般1個(gè)樣品分析5
個(gè)元素3min就可以完成；②分析靈敏度高、檢出限低。一般
情況下其相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差遠(yuǎn)遠(yuǎn)小10％；③測定范圍廣?？梢詼y
定幾乎所有紫外和可見光區(qū)的譜線．被測元素的范圍也大，
一次可以測定多個(gè)元素；④基體效應(yīng)小。能夠進(jìn)行定性及定
量分析，實(shí)現(xiàn)一次進(jìn)樣多元素同時(shí)分析．分析軟件和數(shù)據(jù)處
理系統(tǒng)便于操作。功能強(qiáng)大。系統(tǒng)界面操作使用十分方便。
2實(shí)驗(yàn)
2．1藥品和儀器
HN03溶液(70％)；H202溶液(30％)；鎘、鉛、銅和鉻標(biāo)準(zhǔn)
儲(chǔ)備液按國家標(biāo)準(zhǔn)配制：分析用蒸餾水。
電感耦合等離子發(fā)射光譜儀(ICP—AES)；電子分析天
平：超聲波清洗儀；加熱電爐。
2．2儀器條件
首先打開儀器電源開關(guān)預(yù)熱2h．控制溫度在25℃左右．
檢查氬氣各管路連接是否緊密有無漏氣．打開冷卻用水，調(diào)
節(jié)載氣壓力約0．8kPa．輔助氣流為1．60‰in．氣流量18．0U
min，霧化氣壓力為210．3kPa，設(shè)定儀器功率1．5kW，泵速20r，
min．并用蒸餾水清洗儀器。
2．3標(biāo)準(zhǔn)溶液的配置
作者簡介：李永焱(1979～)，男，河南信陽人，河南省環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究院，碩士研究生，專業(yè)為分析化學(xué)，主要從事環(huán)境保護(hù)和環(huán)境影響評(píng)價(jià)等
相關(guān)工作。
201 2．NO．6， o 萬方數(shù)據(jù)
稱取一定量的鎘金屬物樣品(視樣品含量高低而定)．置
于100mL兩用瓶中，加入20mL硝酸低溫加熱，至完全溶解。
用少量水沖洗瓶壁，加熱煮沸，冷卻至室溫，稀釋至刻度，搖勻．記為鎘元素的標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液1．‰o札．其它3種元素的
標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液也采用類似的方法配置。
待查找上述鎘、鉛、銅和鉻4種重金屬離子的最低檢出
限和波長后．根據(jù)檢測范圍配制標(biāo)樣．以待做標(biāo)準(zhǔn)曲線時(shí)用。
、
表l 不同重金屬元素的波長和最低檢出限
根據(jù)4種元素不同的最低檢出限在100mL容量瓶配制
出4種元素的標(biāo)樣溶液．鎘的標(biāo)樣可分別配置成0．0050、
0．0500、0．5000、2．0000和6．0000ppm；鉛的標(biāo)樣可配置成
0．020、0．200、2．000、10．Ooo和20．000ppm；銅的標(biāo)樣可配置成
0．0070、0．0700、O．7000、7．0000和40．0000ppm；鉻的標(biāo)樣可配
置成0．()090、0．0900、0．9000、9．0000和20．0000ppm；分別取上
述制備好的4種元素的儲(chǔ)備液．按以上標(biāo)準(zhǔn)對(duì)應(yīng)加到5個(gè)對(duì)
應(yīng)容量瓶中．用分析蒸餾水定容，待檢測做標(biāo)準(zhǔn)曲線用。
取環(huán)境中重金屬污染的河水．并用過濾器分離去除其雜
質(zhì)．準(zhǔn)確取10．0mL于100mL容量瓶中．同時(shí)加入少量稀硝
酸呈微酸性，定容待檢測用。
3結(jié)果與討論
3．1檢測方法和標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制
先將進(jìn)樣管插入分析用蒸餾水中．用去蒸餾水沖洗進(jìn)樣
管數(shù)分鐘，待機(jī)器參數(shù)穩(wěn)定后．用分析用蒸餾水扣除所用蒸
餾水中這些元素的背景．然后從稀到濃依次測定所配制標(biāo)樣
中不同濃度元素的發(fā)射強(qiáng)度信號(hào)值。測試完后．再用蒸餾水
沖洗樣品數(shù)分鐘．以免影響樣品的準(zhǔn)確測定。根據(jù)不同元素
不同濃度的發(fā)射強(qiáng)度值繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線．
表2不同重金屬元素的線性方程和定量限
由表2中的相關(guān)系數(shù)可知．該檢測方法所得數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可
靠．可完全適用于樣品的檢測和分析要求。
3．2樣品的檢測
將上面求得的不同元素的線性方程輸入計(jì)算機(jī)檢測系
統(tǒng)，待進(jìn)樣管用分析蒸餾水沖洗干凈后．把進(jìn)樣管放待測樣
品．根據(jù)樣品中不同元素的信號(hào)強(qiáng)度．檢測系統(tǒng)將檢測到不
同元素的信號(hào)值直接計(jì)算出濃度值給出．檢測結(jié)束后．再用
蒸餾水沖洗樣品管數(shù)min。從計(jì)算機(jī)給出的檢測值．我們乘
以樣品濃度縮小的10倍就是污染的河水中4種元素的含
量．與我國環(huán)境報(bào)告中要求河水中金屬含量標(biāo)準(zhǔn)相比較就可
以知道該河水是否被污染。
3_3其它樣品檢測中應(yīng)注意的問題
自上世紀(jì)60年代以來．由于ICP光源的無可比擬的優(yōu)
點(diǎn)，ICP—AES檢測法在地質(zhì)、冶金、環(huán)境、醫(yī)學(xué)、藥品、核工業(yè)、
農(nóng)業(yè)、食品、水質(zhì)等各領(lǐng)域及學(xué)科方面得到了廣泛的應(yīng)用。污
染物樣品的種類十分繁多．但不管樣品的種類何其多樣，其
物理狀態(tài)總是固體、液體和氣體3種[錨]。本文檢測時(shí)所選液
體樣品便于檢測，若是固體污染物，還要將固體變成液體才
能檢測．就給實(shí)驗(yàn)分析檢測人員帶來一定的麻煩．增加了人
力、物力及費(fèi)用等。有的化學(xué)處理需要一定的專業(yè)知識(shí)。有的
樣品分解后，相當(dāng)稀釋50倍以上，降低了元素在樣品中的絕
對(duì)測定靈敏度。在化學(xué)處理過程中有的操作不當(dāng)，可鏡會(huì)引
入不利于測定的其它物質(zhì)。因而．為方便應(yīng)用此技術(shù)檢測固
體污染物的重金屬含量．提供可靠的參考數(shù)據(jù)．對(duì)固體污染
物樣品檢測中應(yīng)注意的問題也做一點(diǎn)介紹：①選取的重金屬
固體污染物應(yīng)均勻具有代表性．溶解的固體樣品應(yīng)該是按規(guī)
定的要求加工如分樣和粉碎等．樣品中需要測定的被測重金
屬元素應(yīng)該完全溶入溶液中：不過．樣品是否全溶也可根據(jù)
檢測需要來定。②設(shè)定一個(gè)合理、環(huán)節(jié)少、易于掌握和適用于
處理大量樣品的化學(xué)處理方法．以便參考使用。③在應(yīng)用化
學(xué)方法處理時(shí)．也根據(jù)需要可將被測重金屬元素進(jìn)行富集分
離．分離的目的是將干擾被測重金屬元素測定的其他元素予
以分離以提高測定準(zhǔn)確度：另外。必須考慮的前提是被測重
金屬元素必須富集完全。不能有損失。④在整個(gè)處理過程中
應(yīng)避免樣品的污染。包括固體樣品的制備、檢測環(huán)境、檢測用
水質(zhì)量和器皿等。
隨著ICP—AES檢測方法研究的深入．對(duì)環(huán)境中重金屬
檢測技術(shù)的要求也在進(jìn)一步的提高．具有電感耦合等離子發(fā)
射光譜儀與質(zhì)譜高靈敏度檢測儀器相結(jié)合的新儀器聯(lián)用，在
分析重金屬污染物具有更多的優(yōu)點(diǎn)．在國內(nèi)也開始越來越受
人們的歡迎．
4結(jié)論
本文詳細(xì)介紹了環(huán)境中重金屬污染對(duì)人類生活和人體
健康造成的影響及危害．建立了液體重金屬污染物ICP—AES
檢測方法。該方法準(zhǔn)確、方便、可靠，同時(shí)具有較高的精確度
和靈敏度．可適用于我國環(huán)境中重金屬液體污染物的檢測。
另外對(duì)固體污染物樣品的檢測提出了很好的辦法。并對(duì)固體
樣品在溶解中應(yīng)注意的問題進(jìn)行了討論．若能按照操作要
求。完全可以達(dá)到液體中重金屬元素的檢測要求．在分析檢
測中也具有很好的實(shí)際參考價(jià)值。最后．對(duì)未來具有前景的
分析檢測方法進(jìn)行了展望。
201 2．No．6．
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(下轉(zhuǎn)第59頁)
o 萬方數(shù)據(jù)
用。其中，2號(hào)箱蘆葦帶在15℃、水力停留時(shí)間為4d時(shí)，對(duì)
COD的處理效果最好．達(dá)到了52．29％。
2．3．1 不同植物對(duì)COD的處理效果與水力停留時(shí)間的關(guān)
系。如表3．無植物帶及各植物帶在不同溫度下對(duì)COD的平
均處理率隨水力停留時(shí)問的延長而增加。各植物帶對(duì)COD
處理率的增加．是由微生物降解和基質(zhì)及植物的吸附、吸收
作用共同形成的。蘆葦和茭白植株本身對(duì)生活污水中有機(jī)物
的吸附作用未隨水力停留時(shí)間的增加而明顯增加．暨其植物
根系表面形成的生物膜對(duì)有機(jī)物的吸收、吸附作用已近飽和
或者是由于污水中可溶性有機(jī)物較不溶性有機(jī)物要多．因而
基質(zhì)和微生物對(duì)其的吸收和降解作用較好地得到了發(fā)揮。而
香蒲植株在水力停留時(shí)間2d～4d區(qū)間．對(duì)COD的去除率增
加明顯．可能是由于在這個(gè)時(shí)間區(qū)間香蒲植株與其共存的基
質(zhì)和微生物協(xié)調(diào)性發(fā)揮的較好．從而使植株本身更好地發(fā)揮
了對(duì)有機(jī)物的吸附、吸收作用。
2．3．2不同植物對(duì)COD的處理效果與水流溫度的關(guān)系。如
表3．無植物帶及香蒲帶在不同水力停留時(shí)間對(duì)COD的平
均處理率隨水流溫度的升高而升高．而香蒲植株本身對(duì)
COD的處理率卻隨溫度升高而呈現(xiàn)先降低而后升高的趨
勢，可見，在溫度較低區(qū)間．4號(hào)箱內(nèi)基質(zhì)和微生物較植株本
身更好地發(fā)揮了對(duì)有機(jī)物的吸附和降解作用：蘆葦帶對(duì)
COD的處理率則隨水流溫度的升高出現(xiàn)先降低而后升高的
趨勢．其植株本身對(duì)COD的處理效果隨溫度變化趨勢與其
植物帶保持一致：茭白帶及其植株本身對(duì)COD的處理率則
隨水流溫度的升高均出現(xiàn)先升高而后降低的趨勢，可見2、3
號(hào)箱內(nèi)植株與微生物和基質(zhì)協(xié)調(diào)發(fā)揮作用．效果良好。
3 結(jié)論
(1)人工濕地對(duì)生活污水中的NH，一N、TP、COD的凈化
作用是由基質(zhì)、微生物和植株本身共同作用形成的。對(duì)于
NH，一N，香蒲植物帶在25℃、水力停留時(shí)間為4d時(shí)，對(duì)其處
理效果最佳，達(dá)到83．18％；對(duì)于TP，蘆葦帶在20℃、水力停
留時(shí)間為4d時(shí)，對(duì)其處理效果最好，為69．29％：對(duì)于COD，
蘆葦帶在15℃、水力停留時(shí)間為4d時(shí)，效果最好。達(dá)到了
52．29％。
(2)各植物帶對(duì)NH3-N、r11P及COD的處理效果。均隨水
力停留時(shí)間的延長而增加。在試驗(yàn)期內(nèi)．各箱內(nèi)基質(zhì)和微生
物活性良好，且具有一定的發(fā)揮空間；對(duì)于NH，一N和COD
處理，香蒲植株本身還有一定發(fā)揮空間：對(duì)于TP處理。蘆葦
植株還有一定潛力。
(3)對(duì)于NH，一N及COD的處理。各植物帶及各植株本
身受溫度影響相對(duì)較大且比較復(fù)雜；對(duì)于’rP的處理．各植物
帶均隨水流溫度升高呈現(xiàn)出先升高而后降低的趨勢．而各植
株本身并未隨溫度變化而產(chǎn)生較大變化。
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國逐步淘汰白熾燈、加快推廣節(jié)能燈項(xiàng)目辦承辦的“告別白
熾燈泡，點(diǎn)亮綠色生活”主題宣傳活動(dòng)在中國工程院舉行。國
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家明確從2012—10—01起．分階段逐步禁止進(jìn)口和銷售普通
照明白熾燈。我國照明用電約占全社會(huì)用電量的13％．如果
把我國在用的14億只白熾燈全部替換為節(jié)能燈．每年可實(shí)
現(xiàn)節(jié)電480億kWh，相當(dāng)于減排二氧化碳4800萬t。

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