1. Цель обнаружения
Определение содержания 9 тяжелых металлов в воде: кобальт (Co), никель (Ni), кадмий (Cd), барий (Ba), хром (Cr), медь (Cu), литий (Li), марганец (Mn), стронций (Sr).
2. Обзор
Данный раствор соответствует стандарту ISO 11885 «Качество воды — Определение отдельных элементов методом оптической эмиссионной спектрометрии с индуктивно связанной плазмой (ICP-OES)». Этот международный стандарт устанавливает метод определения растворенных элементов, элементов, связанных с частицами, и общего содержания элементов в различных типах воды (например, грунтовой, поверхностной, неочищенной, питьевой и сточной) для следующих элементов: алюминий, сурьма, мышьяк, барий, бериллий, висмут, бор, кадмий, кальций, хром, кобальт, медь, галлий, индий, железо, свинец, литий, магний, марганец, молибден, никель, фосфор, калий, селен, кремний, серебро, натрий, стронций, сера, олово, титан, вольфрам, ванадий, цинк и цирконий.
3. Введение
Загрязнение воды тяжелыми металлами становится все более серьезной проблемой, и научный и точный анализ тяжелых металлов в воде стал важнейшей задачей экологического мониторинга. Результаты испытаний показывают, что пределы обнаружения метода, точность, правильность и коэффициенты извлечения добавленных элементов для девяти элементов (кобальт, никель, кадмий, барий, хром, медь, литий, марганец и стронций) соответствуют требованиям технических руководств, демонстрируя, что все лабораторные аналитические условия отвечают требованиям испытаний. По сравнению с атомно-абсорбционной спектрофотометрией, оптическая эмиссионная спектрометрия с индуктивно связанной плазмой предлагает преимущества одновременного определения нескольких элементов и простой, быстрый аналитический метод, способный анализировать все девять элементов.
4. Подготовка к тестированию
4.1 HKL-11885 ИСП для определения отдельных элементов в воде
1) Расход газа в небулайзере: 0,70 л/мин
2) Расход газа для охлаждения плазмы: 1,0 л/мин
3) Расход вспомогательного газа: 0,20 л/мин
4) Мощность радиочастотного сигнала: 1300 Вт
5) Время захвата образца: 30 с (радиальный вид)
4.2 Реагенты
1) 24-элементный смешанный калибровочный стандартный раствор: концентрация 100 мкг/мл
2) Азотная кислота (HNO₃): гарантированный реагент
3) Аргон и азот: чистота ≥99,999%
4) Сверхчистая вода: удельное сопротивление 18,2 МОм·см
4.3 Установление стандартных кривых
В связи с различиями в показаниях прибора для разных элементов были построены две отдельные стандартные калибровочные кривые.
Кривая 1 использовалась для определения Co, Ni, Cd и Ba. 5,00 мл аликвоты смешанного стандартного раствора с концентрацией 100 мкг/мл разбавляли до 50 мл (1+99) HNO₃, получая исходный раствор с концентрацией 10 мкг/мл. Было приготовлено шесть мерных колб объемом 100 мл, в каждую из которых добавляли 0,00, 1,00, 2,00, 4,00 и 7,00 мл исходного раствора, разбавленного (1+99) HNO₃, в результате чего получались стандартные концентрации 0,00, 0,10, 0,20, 0,40 и 0,70 мг/л.
Кривая 2 использовалась для определения Cr, Cu, Li, Mn и Sr. Аналогичным образом, 5,00 мл аликвоты смешанного стандартного раствора с концентрацией 100 мкг/мл разбавляли до 50 мл (1+99) HNO₃, получая исходный раствор с концентрацией 10 мкг/мл. Было приготовлено шесть колб объемом 100 мл с 0,00, 1,00, 2,00, 4,00 и 5,00 мл исходного раствора, что дало стандартные концентрации 0,00, 0,10, 0,20, 0,40 и 0,50 мг/л. Измерения проводились при оптимальных или субоптимальных длинах волн, а коэффициенты корреляции (R) для каждого элемента приведены в таблице 1.
5. Процедура тестирования
Предварительная обработка растворимых металлов в чистой поверхностной и подземной воде: После отбора проб вода фильтруется через мембранный фильтр с размером пор 0,45 мкм, при этом первоначальные 50–100 мл фильтрата удаляются. Затем отбирается репрезентативный объем отфильтрованной пробы, который подкисляется азотной кислотой (1+1) до pH <2 для консервации перед инструментальным анализом.
6. Результаты и ошибки
6.1 Предел обнаружения метода (ПДЛ)
Поскольку в контрольных образцах реагентов целевые вещества обнаружены не были, образцы с концентрациями, приблизительно в 3-5 раз превышающими расчетный предел обнаружения (MDL), были проанализированы в семи повторных измерениях. Было рассчитано стандартное отклонение (S), а предел обнаружения (MDL) определен по предписанной формуле.
6.2 Стандартное отклонение
Пределы обнаружения (ПДК) для девяти элементов (Co, Ni, Cd, Ba, Cr, Cu, Li, Mn, Sr) были определены при концентрациях, в 3-5 раз превышающих расчетные ПДК. Как показано в таблице ниже, ПДК варьировались от 0,001 до 0,009 мг/л, а пределы обнаружения (ПР) — от 0,004 до 0,036 мг/л, что значительно ниже нормативных требований.
6.3 Точность
Точность относится к степени согласованности между повторными измерениями однородного образца в контролируемых условиях и отражает случайную ошибку аналитического метода. Меньшая случайная ошибка указывает на более высокую точность. Точность оценивалась при низких, средних и высоких концентрациях (таблица 2). Относительное стандартное отклонение (RSD) варьировалось от 0,39% до 5,35%, что свидетельствует о хорошей воспроизводимости. За исключением лития при низких концентрациях, все элементы показали низкие значения RSD, что подтверждает стабильную работу прибора и минимальную вариабельность процедуры.
6.4 Сводка по точности
Точность обычно используется для оценки соответствия между результатами анализа (единичными измерениями или средними значениями повторных измерений), полученными с помощью конкретной аналитической процедуры, и предполагаемым или принятым истинным значением. Точность аналитического метода или системы отражает совокупные систематические и случайные ошибки, служа комплексным показателем надежности результатов. В данном исследовании была проверена точность определения девяти элементов (Co, Ni, Cd, Ba, Cr, Cu, Li, Mn, Sr) с использованием трех уровней концентрации, как показано в таблице 3. Относительное отклонение варьировалось от -8,70% до -0,38%. Большинство элементов показали более низкие значения в пределах диапазона контроля качества, при этом хром продемонстрировал заметно более низкую точность, вероятно, из-за значительных помех.
 |  |
6.5 Краткое описание восстановления после скачка
Еще одним ключевым показателем для оценки точности является степень извлечения добавленных веществ. В реальные образцы добавляли известные количества стандартных эталонных материалов, после чего рассчитывали коэффициенты извлечения. Как показано в таблице 4, коэффициенты извлечения добавленных веществ для девяти элементов (Co, Ni, Cd, Ba, Cr, Cu, Li, Mn, Sr) варьировались от 90% до 110%, что указывает на минимальные случайные и систематические ошибки и подтверждает стабильность и надежность аналитического процесса.
7. Выводы
В результате аналитического исследования пределов обнаружения, точности, достоверности и степени извлечения добавленных элементов для девяти элементов (Co, Ni, Cd, Ba, Cr, Cu, Li, Mn, Sr):
(1) Пределы обнаружения: 0,001–0,009 мг/л. Пределы количественного определения: 0,004–0,036 мг/л. Значительно ниже пределов обнаружения, установленных методом.
(2) Точность: Относительное стандартное отклонение (RSD) варьировалось от 0,39% до 5,35%, что свидетельствует о хорошей воспроизводимости.
(3) Точность: Относительная погрешность варьировалась от -8,70% до -0,38%.
(4) Показатели восстановления пика составляли от 90% до 110%.