中国地质学会岩矿测试技术专业委员会、国家地质实验测试中心主办

应用S930树脂富集薄样-X射线荧光光谱现场分析环境水体中8种重金属的方法研究

翟磊, 詹秀春, 樊兴涛, 温宏利, 焦距, 刘雷雷. 应用S930树脂富集薄样-X射线荧光光谱现场分析环境水体中8种重金属的方法研究[J]. 岩矿测试, 2015, 34(1): 118-128. doi: 10.15898/j.cnki.11-2131/td.2015.01.016
引用本文: 翟磊, 詹秀春, 樊兴涛, 温宏利, 焦距, 刘雷雷. 应用S930树脂富集薄样-X射线荧光光谱现场分析环境水体中8种重金属的方法研究[J]. 岩矿测试, 2015, 34(1): 118-128. doi: 10.15898/j.cnki.11-2131/td.2015.01.016
ZHAI Lei, ZHAN Xiu-chun, FAN Xing-tao, WEN Hong-li, JIAO Ju, LIU Lei-lei. Portable EDXRF Analysis of Eight Heavy Metals in Environmental Water Using Pre-concentration with Purolite S930 and Thin-layer Sample Technique[J]. Rock and Mineral Analysis, 2015, 34(1): 118-128. doi: 10.15898/j.cnki.11-2131/td.2015.01.016
Citation: ZHAI Lei, ZHAN Xiu-chun, FAN Xing-tao, WEN Hong-li, JIAO Ju, LIU Lei-lei. Portable EDXRF Analysis of Eight Heavy Metals in Environmental Water Using Pre-concentration with Purolite S930 and Thin-layer Sample Technique[J]. Rock and Mineral Analysis, 2015, 34(1): 118-128. doi: 10.15898/j.cnki.11-2131/td.2015.01.016

应用S930树脂富集薄样-X射线荧光光谱现场分析环境水体中8种重金属的方法研究

  • 基金项目: 国土资源公益性行业科研专项经费(201311013);中国地质大调查项目(12120113091000)
详细信息
    作者简介: 翟磊, 在读硕士研究生, 分析化学专业. E-mail:zhailei1989@126.com
    通讯作者: 詹秀春, 研究员, 从事X射线荧光光谱与激光剥蚀-电感耦合等离子体质谱应用研究. E-mail: zhanxiuchun2012@126.com
  • 中图分类号: P641;O657.31

Portable EDXRF Analysis of Eight Heavy Metals in Environmental Water Using Pre-concentration with Purolite S930 and Thin-layer Sample Technique

More Information
  • 使用便携式X射线荧光光谱法结合富集技术已能分析液体样品中近20种金属元素, 但检出限相对较高(0.1~100 μg/L)、富集操作繁多、一种富集法可测元素种类较少等因素制约了该技术的发展.本文研究了一种适应于现场测试环境水样的XRF分析方法.使用20 mg S-930螯合树脂对100 mL水体中8种重金属(V、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn和Pb)进行预富集, 控制溶液pH=4, 搅拌30 min, 经真空抽滤系统过滤制得均匀薄样, 再使用自制的双层膜包夹样品盒并利用小型台式波长色散XRF测定.结果表明, 8种元素标准曲线的相关性R2>0.997, 检测范围为10~1000 μg/L, 检出限为1.0~6.2 μg/L, 方法精密度(RSD, n=12) 小于5%, 加标回收率为80%~120%;标准水样和模拟水样的测定结果分别与标准值和理论值基本一致.本方法巧妙地使用双层聚丙烯膜包夹薄试样的制样方法, 较好解决了薄膜样品的污染等问题, 简化了水样的预富集操作, 制备的树脂薄样可直接供XRF测量.方法检出限较低, 稳定性较好, 适用于检测Ⅰ~Ⅴ类水体中Fe、Co、Ni和Cu, Ⅱ~Ⅴ类水体中V和Zn, Ⅲ~Ⅴ类水体中Mn和Pb, 基本具备对8种重金属污染水体进行环境监测、水质调查等现场分析的能力.

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  • 图 1  双层膜包夹样品盒结构图及分解示意图

    Figure 1. 

    图 2  预富集实验的优化条件选择

    Figure 2. 

    图 3  主量元素的干扰实验

    Figure 3. 

    表 1  多元素混合标准储备液浓度

    Table 1.  Concentration of the multielement calibration standard solutions

    元素 浓度(μg/L)
    Std-1 Std-2 Std-3 Std-4 Std-5 Std-6 Std-7 Std-8 Std-9 Std-10 Std-11 Std-12
    V 25 10 5 1000 750 500* 250 100 75 50 50* 500
    Mn 500 250 100 75 50* 25 1500 1250 1000 750 50 500*
    Fe 1000 750 500 250 100 75 50 25 2000 1500 50* 1200
    Co 600 400 200 100 50 25 5 1250 1000 800 50* 500*
    Ni 5 1000 750 500 250 100 75 50 25 10 50* 500*
    Cu 1500 1250 1000 750 500 250 100 50 25 5 50* 1100
    Zn 50* 25 5000 2500 1500 1000 750 500 250 100 50 2000
    Pb 20 10 5 2 600 150 100 50 200 400 300 500
    ∑i 4525 4245 7835 5287 3880 3175 3605 3785 4830 4715 650 6800
    注:“*”为标准曲线中未使用的浓度值。
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    表 2  EDXRF仪器分析条件

    Table 2.  Working conditions of the EDXRF instrument

    元素 分析线 能量范围
    (keV)
    电压
    (kV)
    电流
    (μA)
    测量时间
    (s)
    X射
    线管
    过滤片
    V 4.854~5.054 30 260 400 Rh靶 Al
    Mn 5.796~6.008 30 260 400 Rh靶 Al
    Fe 6.302~6.526 30 260 400 Rh靶 Al
    Co 6.832~7.044 30 260 400 Rh靶 Al
    Ni 7.374~7.609 30 260 400 Rh靶 Al
    Cu 7.939~8.163 30 260 400 Rh靶 Al
    Zn 8.539~8.751 30 260 400 Rh靶 Al
    Pb 12.529~12.719 30 260 400 Rh靶 Al
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    表 3  富集条件的选择

    Table 3.  Optimized properties of pre-concentration condition

    组号 树脂用量
    (mg)
    pH 时间
    (min)
    温度
    (K)
    1 10 4 30 293
    15 4 30 293
    20 4 30 293
    25 4 30 293
    30 4 30 293
    50 4 30 293
    2 20 2 30 293
    20 3 30 293
    20 4 30 293
    20 5 30 293
    20 6 30 293
    3 20 4 3 293
    20 4 10 293
    20 4 20 293
    20 4 30 293
    20 4 60 293
    20 4 90 293
    4 20 4 30 273
    20 4 30 293
    20 4 30 313
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    表 4  方法精密度

    Table 4.  Precision tests of the method

    元素 样品一 样品二 样品三 样品四 样品五
    平均值
    (μg/L)
    理论值
    (μg/L)
    RSD(%)
    n=10
    平均值
    (μg/L)
    理论值
    (μg/L)
    RSD(%)
    n=12
    平均值
    (μg/L)
    理论值
    (μg/L)
    RSD(%)
    n=10
    平均值
    (μg/L)
    理论值
    (μg/L)
    RSD(%)
    n=12
    平均值
    (μg/L)
    理论值
    (μg/L)
    RSD(%)
    n=10
    V 17.3 20 13.9 51 50 3.5 210 200 5.6 473 500 1.6 729 800 1.4
    Mn 17.4 20 10.2 49.5 50 6.6 187 200 4.5 491 500 6.3 968 1100 3.4
    Fe 29.6 20 17.5 52 50 14.6 213 200 5.8 504 500 2.0 1214 1200 1.4
    Co 18.6 20 3.8 53.5 50 3.0 200 200 2.9 508 500 1.3 843 900 1.7
    Ni 18.4 20 5.8 55.8 50 2.8 209 200 3.0 513 500 1.8 770 800 0.8
    Cu 20.3 20 16.1 50.7 50 8.9 202 200 3.3 499 500 1.5 1068 1100 1.1
    Zn 26.1 20 50.0 68.8 50 21.9 194 200 4.4 554 500 4.0 2019 2000 1.0
    Pb 8.9 20* 61.6 57.9 50 7.8 200 200 3.4 512 500 1.5 300 300 1.1
    注:标注“*”的数据由国家地质实验测试中心采用ICP-MS测定获得。
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    表 5  标准物质DW-1~DW-4分析

    Table 5.  Analytical results of reference standard materials DW-1-DW-4

    元素 DW-1 DW-2 DW-3 DW-4
    测量值
    (μg/L)
    标准值
    (μg/L)
    测量值
    (μg/L)
    标准值
    (μg/L)
    测量值
    (μg/L)
    标准值
    (μg/L)
    测量值
    (μg/L)
    标准值
    (μg/L)
    V 1.2±2.9 3.3 * 0.8±1.1 3.5 * 0.8±0.6 3.6 * 7.4±1.3 13.0
    Mn 9.1±4.6 6.9 33.6±15.6 33.3 118.7±73.4 160.0 69.3±60.0 135.0
    Fe 89.3±24.4 100.0 218.3±30.8 220.0 350.3±33.2 340.0 542.0±50.6 540.0
    Co 0.9±2.8 0.98 * 0.7±0.8 0.63 * 0.9±0.8 0.85 * 3.3±3.1 3.8 *
    Ni 15.8±3.0 15.5 34.4±3.4 29.5 41.4±7.3 41.6 69.2±6.5 75.8
    Cu 13.6±4.2 14.8 53.1±3.6 53.2 61.1±10.4 61.0 90.3±10.0 91.5
    Zn 26.0±9.5 20.2 37.2±23.4 31.2 54±22.8 50.7 165.4±21.0 167.0
    Pb 3.5±9.2 3.3 3.9±6.8 7.0 21.0±1.1 21.7 34.0±10.0 30.2
    注:因DW系列标准物质中未定值,标注“*”的数据由国家地质实验测试中心采用ICP-MS测定获得。表中的测量值=平均值±2倍标准偏差。
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    表 6  模拟水样的分析结果

    Table 6.  Analytical results of simulated water samples

    元素 模拟Ⅰ类水体 模拟Ⅲ类水体
    测量值1
    (μg/L)
    测量值2
    (μg/L)
    平均值
    (μg/L)
    理论值
    (μg/L)
    相对误差
    (%)
    测量值1
    (μg/L)
    测量值2
    (μg/L)
    平均值
    (μg/L)
    理论值
    (μg/L)
    相对误差
    (%)
    V 10.0 8.0 9.0 8 13.5 77.0 73.0 75.0 90 -16.7
    Mn 74.0 77.0 75.5 45(54.2) 67.8 77.0 73.0 75.0 90 -16.7
    Fe 91.0 89.0 90.0 90 0.0 259.0 245.0 252.0 250 0.8
    Co 8.7 5.7 7.2 5(8.5) 44.0 47.7 45.7 46.7 45 3.8
    Ni 6.0 5.0 5.5 5 10.0 45.0 44.0 44.5 45 -1.1
    Cu 9.5 8.5 9.0 8 13.5 529.5 514.5 522.0 500 4.4
    Zn 123.0 92.0 107.5 60 79.2 1545 1485 1515 1200 26.3
    Pb 11.0 10.0 10.5 8(18) 31.3 66.0 67.0 66.5 50 33.0
    元素 模拟Ⅴ类水体 稀释一倍后的模拟Ⅴ类水体
    测量值1
    (μg/L)
    测量值2
    (μg/L)
    平均值
    (μg/L)
    理论值
    (μg/L)
    相对误差
    (%)
    测量值1
    (μg/L)
    测量值2
    (μg/L)
    平均值
    (μg/L)
    理论值
    (μg/L)
    相对误差
    (%)
    V 786.0 769.0 777.5 900 -13.6 418.0 414.0 416.0 450 -7.6
    Mn 384.0 473.0 428.5 1200 -64.3 436.0 508.0 472.0 600 -21.3
    Fe 1839 1842 1841 1800 3.3 935.0 935.0 935.0 900 3.9
    Co 936.7 980.7 958.7 1100 -12.8 590.7 610.7 600.7 600 0.1
    Ni 266.0 270.0 268.0 300 -10.7 145.0 149.0 147.0 150 -2.0
    Cu 1214 1226 1220 1200 1.7 619.5 623.5 621.0 600 3.5
    Zn 3766 4025 3896 3700 5.3 2256 2324 2290 1850 23.8
    Pb 126.0 127.0 126.5 100 26.5 71.0 67.0 69.0 50 38.0
    注:括号内的数据由国家地质实验测试中心ICP-MS测定获得。
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    表 7  方法检出限

    Table 7.  Detection limits of the method

    元素 检出限
    (μg/L)
    最低
    测定限
    (μg/L)*
    XRF直接测量
    水体检出限
    (μg/mL) [35]
    全反射XRF直接
    测量水体检出限
    (μg/L) [36]
    V 1.1 20 - -
    Mn 2.8 80 0.2 3.9
    Fe 1.2 50 - 3.0
    Co 1.0 5 - 3.3
    Ni 1.3 5 0.7 3.1
    Cu 1.2 10 0.2 3.7
    Zn 1.8 100 0.2 3.1
    Pb 6.2 50 0.6 -
    注:“*”最低测定限结合各元素的检出限、标准曲线线性范围、精密度、加标回收实验和标准物质、模拟水样、实际水样分析结果给出,允许最高误差为±25%。
    下载: 导出CSV
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出版历程
收稿日期:  2014-06-13
修回日期:  2014-12-10
录用日期:  2015-01-06
刊出日期:  2015-01-25

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