3種不同類型水體中銅、鋅、鐵、錳含量的測定

王 雪,周良川

(伊犁水文勘測局 水環境監測分中心, 新疆 伊寧市 835000)

隨著經濟的快速發展和工業化進程不斷推進，水體污染問題日益嚴重. 重金屬可通過化石燃料燃燒、汽車尾氣、煙氣粉塵、揚塵、風沙途徑等進入大氣，吸附在氣溶膠上. 進入大氣中的重金屬又可以通過干沉降或濕沉降的方式沉降到地面，并通過水循環進入土壤和水體中[1]. 由于重金屬離子的種類豐富且相互之間容易發生化學反應，準確檢測其含量具有一定程度的難度. 水系統中的重金屬幾乎無法降解，只能轉移其存在位置和轉變成其它物化形態[2]. 重金屬廢水進入土壤，會使土壤受污染，造成重金屬在農作物中積蓄，甚至會污染飲用水源. 研究表明，各國關于雪水中重金屬的研究已開始受到重視，但在中國西北地區相關研究鮮有報道[1].

本文通過分析測定伊寧市市區某地下井水、景觀用水和降雪雪水中銅、鋅、鐵、錳的含量，對比分析伊寧市該地區各水體中銅、鋅、鐵、錳含量的變化，對于后期研究該地區重金屬污染的防治工作具有十分重要的意義. 基于火焰原子吸收分光光度法具有操作簡便、靈敏度高、重復性好、抗干擾能力強等特性[3-5]，使用該方法測定各水樣中銅、鋅、鐵、錳的含量具有較好的應用效果.

1 試驗方法

1.1 主要試劑及儀器

儀器：原子吸收分光光度計，北京普析-TAS-986；電熱板，ML-3-4.

試劑：硝酸、鹽酸、高氯酸，優級純，天津市風船化學試劑科技有限公司；銅、鋅、鐵、錳標準溶液，質量濃度均為500 mg/L，水利部水環境監測評價研究中心；銅、鋅標準物質，編號160846；鐵、錳標準物質，編號170645，水利部水環境監測評價研究中心.

乙炔氣，純度不低于99.0%.

1.2 樣品采集

井水水樣：用水泵抽出井道中的陳舊水，先放水數分鐘，然后用聚四氟乙烯采樣瓶接取水樣，加入適量硝酸溶液，調節pH值低于2；城市景觀水樣：用采樣器采集瞬時水樣，靜止一段時間后將部分水樣移入聚四氟乙烯采樣瓶，加入適量硝酸溶液，調節pH值低于2；雪水：采用聚乙烯采樣瓶采集樣品，去除表面積雪，將采集的雪樣帶回實驗室，室溫溶解后，加入適量硝酸溶液，調節pH值低于2[6].

1.3 樣品預處理

取100 mL水樣置于200 mL燒杯中加入5 mL硝酸，在電熱板上加熱消解，確保樣品不沸騰，蒸至10 mL左右，加入5 mL硝酸和2 mL高氯酸，繼續消解，蒸至1 mL左右. 如果消解不完全，再加入5 mL硝酸和2 mL高氯酸，再蒸至1 mL左右. 取下冷卻，加水溶解殘渣，通過中速濾紙濾入100 mL容量瓶中，用水稀釋至標線[7]. 取1%硝酸溶液，按上述預處理步驟制作空白樣品.

1.4 標準曲線

取質量濃度均為500 mg/L的銅、鋅、鐵、錳標準溶液配制標準系列，如表1所列.

表1 銅、鋅、鐵、錳標準溶液系列Table 1 Standard solution series of copper, zinc, iron and manganese /(mg/L)

1.5 樣品測定

根據不同的元素選擇波長和調節火焰，硝酸/鹽酸溶液，將儀器調零. 吸入空白、工作標準溶液、樣品、標準物質，記錄吸光度，根據扣除空吸光度后的樣品吸光度，在校準曲線上計算出樣品中的金屬濃度.

2 結果與討論

2.1 校準曲線

根據1.4節各元素曲線系列繪制標準曲線，如圖1～4所示. 從圖中可以看出銅、鋅、鐵、錳各元素均具有較好的線性關系[8]，可按照試驗方法利用原子吸收分光光度法(火焰法)測定、計算水樣中的銅、鋅、鐵、錳的含量及加標回收率.

2.2 加標回收試驗

銅：取10.000 mg/L銅標準溶液2.500 mL,稀釋至5 0mL測定，加標量為0.500 mg/L. 鋅：取10.00 mg/L鋅標準溶液1.00 mL,稀釋至50 mL測定，加標量為0.20 mg/L. 鐵：取50.00 mg/L鋅標準溶液1.00 mL,稀釋至50 mL測定，加標量為1.00mg/L. 錳：取25.00 mg/L鋅標準溶液1.00 mL,稀釋至50 mL測定，加標量為0.50 mg/L.

通過測定同一地區井水、天然降水(雪水)以及流經該地區的景觀用水中銅、鋅、鐵、錳的含量，比較分析不同水樣中4種金屬離子的含量，試驗結果如表2、3所列. 通過表2中數據對比可知，各水樣及空白水樣中銅、鋅、鐵、錳的加標回收率均在95%～105%之間，均在范圍內[9].

圖1 銅標準曲線Fig. 1 Standard curve of copper

圖2 鋅標準曲線Fig. 2 Standard curve of Zinc

圖3 鐵標準曲線Fig. 3 Standard curve of iron

圖4 錳標準曲線Fig. 4 Standard curve of Manganese

銅/(mg/L)加標回收率/%鋅/(mg/L)加標回收率/%鐵/(mg/L)加標回收率/%錳/(mg/L加標回收率/%空白0.000101.20.00098.50.000100.30.000100.4空白+加標0.5060.1971.0030.502井水0.006100.80.04199.00.128101.80.046100.8井水+加標0.5100.2391.1460.550景觀水0.012100.20.01998.50.055102.20.023100.4景觀水+加標0.5130.2161.0770.525雪水0.017102.20.06797.50.536102.10.124101.2雪水+加標0.5280.2621.5570.630

2.3 銅、鋅、鐵、錳樣品測定結果評價

根據《地下水質量標準》(GB/T14848-2017)，該地區井水水樣中銅、鋅、錳均達到Ⅰ類標準，鐵達到Ⅱ類標準. 采樣器進口處是鐵質材料，這可能是造成水樣中鐵含量增大的原因之一，需要后期通過比對試驗加以確定. 根據《景觀娛樂用水水質標準》(GB 12941 -91)，該地區景觀用水水樣中銅、鋅、鐵均達到A類標準，符合景觀用水標準要求. 將雪水水樣按照《地表水環境質量標準》(GB 3838 -2002)進行分析，可知雪水水樣中銅、鋅含量達到Ⅱ類標準，鐵、錳含量均超出地表水水源地標準限制.

通過對比井水、景觀水和雪水3種水樣，可知雪水中銅、鋅、鐵、錳含量均高于井水和景觀水水樣. 造成雪水中鋅、鐵、錳含量較高的原因很多，比如采樣地點周圍有馬路，過往車輛排放尾氣以及采樣期間是冬季，而該地區采取的是燃煤鍋爐取暖，都可能是造成雪水中銅、鋅、鐵、錳含量增高的原因，這與于瑞蓮等[10]的研究基本一致.

根據表2、3可知，銅、鋅、鐵、錳標準物質含量測定值精密度和準確度均在允許范圍內. 其中，水環境規范規定鐵含量高于1.0 mg/L時，室內精密度不應高于5%、準確度室內相對誤差不應高于±5%[11]；鋅含量為0.05～1.0 mg/L時，室內精密度不應高于10%，準確度室內相對誤差不應高于±5%.

表3 標準物質準確度和精密度測量結果Table 3 Results of accuracy and precision of reference materials

3 結論

(1)通過使用火焰原子吸收分光光度法測定某地區相同范圍內井水、天然降水(雪水)和景觀用水中銅、鋅、鐵、錳的含量，各水樣中銅、鋅、鐵、錳的加標回收率均在95%～105%之間.

(2)該地區井水水樣中銅、鋅、錳均達到Ⅰ類標準，鐵達到Ⅱ類標準；該地區景觀用水水樣中銅、鋅、鐵均達到A類標準，符合景觀用水標準要求；雪水水樣中銅、鋅含量達到Ⅱ類標準，鐵、錳含量均超出地表水水源地標準限制.

(3)該地區降雪水中銅、鋅、鐵、錳的含量均高于該地區井水和景觀用水，主要原因為樣品采集地為寒冷冬季，主要靠燃煤取暖以及采集樣品地點靠近馬路，因此造成雪水中銅、鋅、鐵、錳含量高于其余水樣.