水中铁测定方法的应用对比分析

2022-07-04应玉

陕西水利 2022年5期

应玉

（安徽省阜阳水文水资源局,安徽阜阳 236000）

1 引言

铁是水中常见的物质[1],存在的形态多种多样,可以在真溶液中以无机、有机络合物形式存在,也可以存在于胶体,悬浮物的颗粒中[2],在水中常以二价铁的形式存在。水中铁含量过大时,不仅会给生活带来不便,还会给工业生产带来许多问题。因此在水质检测中,铁是十分重要的检测项目。

目前测定水中铁的方法有原子吸收分光光度法（AAS）[3]、分光光度法、电感耦合等离子体发射光谱法（ICP-AES）[4]、电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）等。本文将从原理、分析步骤、精密度和准确度等方面,对实验室常用的二氮杂菲分光光度法、原子吸收分光光度法（AAS）和电感耦合等离子体发射光谱法（ICP-AES）测定水体中铁进行方法比对,为检测人员在检测工作方法的选择提供参考。

2 实验部分

2.1 实验室基本情况

实验室使用面积约500 m2,拥有连续流动、电感耦合等离子发射光谱仪、原子吸收分光光度计、原子荧光光度计、双光束紫外可见分光光度计、气相色谱-质谱仪、气相分子吸收光谱仪、紫外测油仪等大中型仪器设备。实验室内整洁、明亮、通风好,配备有空调对温湿度进行调控。实验室的温度可满足10℃～30℃、湿度可满足30%RH～70%RH 的检测环境条件要求,配有温湿度表可得到有效的监控。实验室具备水资源质量检测的能力,可确保检测结果的有效性和准确性。

2.2 适用范围

二氮杂菲分光光度法适用于生活饮用水及其水源水中铁的测定,最低检测质量为2.5 μg,若取50 mL 水样,则最低检测质量浓度为0.05 mg/L。

AAS 适用于地表水、地下水及工业废水中铁的测定,检测限是0.03 mg/L,校准曲线的浓度范围为0.1 mg/L～5 mg/L。

ICP-AES 适用于测定天然水体和底质中铅、镉、钒、磷等34 中元素。铁的检出限为0.002 mg/L。

2.3 原理

二氮杂菲分光光度法原理：水样先加酸至pH3～9 条件下,煮沸溶解难溶的铁化合物,同时消除氰化物、亚硝酸盐、多磷酸盐的干扰,加入盐酸羟胺将高价铁还原为低价铁,消除氧化剂的干扰,低价铁离子与二氮杂菲生成稳定的橙色络合物,在波长510 nm 处有最大吸收,从而测定总铁的含量。

AAS 原理：将样品或消解处理过的样品直接吸入火焰中,铁的化合物易于原子化,可于248.3 nm 处测量铁基态原子对其空心阴极灯特征辐射的吸收。

ICP-AES 原理：硝酸含量1%的水样直接测量或取100 mL样品加入5 mL 硝酸,至于电热板上加热消解,冷却后用水定容至原取样体积,使溶液保持2%的硝酸浓度。处理后的液态样品由载气（氩气）带入雾化系统进行雾化,并以气溶胶形式进入矩管的中心通道,在高温和惰性气体中充分原子化、电离、激发。不同元素的原子在激发或电离时发射出特征光谱,特征谱线的强度与样品中元素的含量成正比。根据特征谱线的位置定性检测元素的存在,根据特征谱线的强度定量测定元素的含量。

2.4 仪器

实验所用主要仪器见表1。

表1 方法所用的仪器

2.5 主要试剂

3 种方法所需主要试剂见表2,铁标准样品均购于市售有证标准样品。

表2 方法所需主要试剂

2.6 实验操作过程

2.6.1 二氮杂菲分光光度法

吸取50.0 mL 混匀的水样于150 mL 锥形瓶中。加入4 mL盐酸溶液（1+1）和1 mL 盐酸羟胺溶液（100 g/L）,小火煮沸浓缩至约30 mL,冷却至室温后移入50 mL 比色管中。再加入2 mL二氮杂菲溶液（1.0 g/L）,混匀后再加10.0 mL 乙酸铵缓冲溶液（pH4.2）,加纯水至50 mL,混匀,放置10 min～15 min。于波长510 nm 下,用2 cm 比色皿,以纯水为参比,测量吸光度。

2.6.2 AAS

根据仪器说明书选择最佳参数,调整原子化器位置,样品进行设置,在选定的条件下进行测量标准系列和样品的分析。检测结束后,关闭乙炔气路,继续喷空白溶液几分钟,清洗雾化系统,最后关闭空压机和软件系统。

2.6.3 ICP-AES

仪器开机等离子体稳定后,按照选定的分析程序,依次分析空白、标准和样品,标准与样品间至少清洗系统1 min,以避免交叉污染。扣除背景或以干扰系数法修正干扰,所有计算由操作系统自动执行。样品分析完成后,使用2%～5%硝酸冲洗进样系统3 min,再使用去离子水冲洗3 min～5 min,避免样品污染残留在进样系统。

3 结果与分析

3.1 标准曲线的测定

二氮杂菲分光光度法：吸取铁标准溶液（10 mg/L）0、0.50 mL、1.00 mL、2.00 mL、3.00mL、4.00 mL、5.00 mL 分别置于7 个150mL 锥形瓶中,各加纯水至50 mL,与水样的处理方式相同。比色后测定绘制标准曲线,相关系数0.9996,线性良好。

AAS：吸取铁标准溶液（10 mg/L）0、2.50 mL、5.00 mL、7.50 mL、10.0mL、12.50 mL 分别置于6 个50 mL 容量瓶中,加1%盐酸溶液定容,配制成0.00、0.50 mL、1.00 mL、1.50 mL、2.00 mL、2.50 mg/L 标准系列,标准曲线相关系数0.9998,线性良好。

ICP-AES：吸取铁标准溶液配制标准系列,测得相应的强度绘制标准曲线,标准曲线相关系数0.9999,线性良好。标准曲线图对比图见图1。

图1 标准曲线对比图

3.2 精密度

采取泵放水的方法进行水样采集,对正午、韩寨二、华润3 个水样样品平行测定6 次,三种方法相对标准偏差范围分别为：2.12%～5.87%、1.70%～2.47%、1.14%～1.54%,均符合《水环境监测规范》（SL 219-2013）的相关要求,即CFe<0.3 mg/L,精密度≤15%,CFe在0.3～1.0 之间,精密度≤10%,CFe>1.0 mg/L,精密度≤5%。检测结果见表3。

表3 精密度对比表

3.3 准确度

3.3.1 质控样准确度3 种方法分别对两种浓度的有证标准物质平行测定6 次,测得值均符合质控样标准值范围,检测结果见表4。

表4 质控样品准确度对比表

3.3.2 加标回收率

对实际水样进行加标回收实验,加入2.0 mL 铁的标准使用液（10 mg/L）,与水样共50 mL,得到3 种方法加标回收率为92.4%～105.3%、94.2%～103.1%、95.5%～102.8%,符合要《水环境监测规范》（SL 219-2013）要求,即CFe<0.3 mg/L,加标回收率85%～115%,CFe在0.3～1.0 之间,加标回收率90%～110%,CFe>1.0 mg/L,加标回收率95%～105%。数据结果见表5。