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巴丹吉林沙漠地下水中锶测定方法改进

时间:2016-05-03来源: 作者: 点击: 260次

张启新  坚文娇  关兴文

(甘肃省地矿局水文地质工程地质勘察院,甘肃  张掖  734000

 

摘要:水样锶的测定目前常用方法为EDTA-火焰原子吸收法、高浓度镧-火焰原子吸收法,依据规范为《地下水质检验方法》和《饮用天然矿泉水检验方法》,由于巴丹吉林沙漠地下水普遍TDS高,水样锶测定误差大,加标回收率偏低,因此,希望通过实验,寻找影响锶测定误差的因素,并加以改进,提高分析结果的准确度。

关键词:沙漠水样  锶的测定  方法改进

0  引言

巴丹吉林沙漠面积4.43万平方公里,是中国四大沙漠之一。主要属内蒙古额济纳旗和阿拉善右旗,东部小范围属阿拉善左旗。沙漠海拔高度在1200~1700米之间,沙山相对高度可达500多米,必鲁图峰海拔1617米,垂直高度约435米,堪称”沙漠珠穆朗玛峰”。

巴丹吉林沙漠降水量只有80毫米,蒸发量却有3000多毫米,但在极度干旱的巴丹吉林沙漠却均匀地分布着113个海子,而且无论冬夏水位恒定,不增不减,湖泊达74个,其中淡水湖12个,总水面4.9万亩,湖泊芦苇丛生,水鸟嬉戏,鱼翔浅底,享有“漠北江南”之美誉。更加令人不解的是,咸甜水相伴相生,沙山和湖泊共存,这让全世界的人都为之费解。但由于蒸发强烈,湖泊积聚大量盐分,湖水大多不能饮用或灌溉。

地下水中的锶主要来源于天青石和碳酸锶矿的溶解,一般的天然水中锶含量很微少,而在内陆盐湖卤水中却有较大的含量,而如何准确的测定盐湖卤水中的锶含量具有重要的意义。

表1                     巴丹吉林沙漠部分水样分析结果               单位:mg/L

样品编号

Ca2+

Mg2+

Na+

K+

CO32-

HCO3-

Cl-

SO42-

TDS

1

2.0

74.1

78000

12600

20854

1831

101041

13507

227077

2

14.0

137.5

103500

16000

12002

4271

130290

32278

296422

3

376.8

136.1

102000

4480

42007

4881

58763

59680

270078

4

6.0

105.7

39100

4010

23404

2288

27476

10039

105364

5

12.0

199.3

63200

6080

30005

305.1

62574

14266

176584

6

0.0

70.5

86500

9550

40207

305.1

74451

25495

236572

7

0.0

75.3

60750

2490

43927

5980

16131

35121

161688

8

0.0

77.8

64750

5050

35106

3661

41657

31528

180144

9

4.0

131.3

115500

18500

21604

1220

152980

26846

336410

10

14.0

137.5

103500

16000

12002

4271

130290

32278

296422

从表中可以看出,TDS(溶解性总固体)较高,主要成分是碳酸根、氯根、硫酸根、钠离子、钾离子,而钙离子、镁离子含量极低,其原因是碳酸盐高,易形成碳酸钙、碳酸镁沉淀。

1 实验方法

1.1实验仪器与试剂

1.1.1  日立Z-2000型原子吸收分光光度计;

1.1.2  电热恒温水浴锅;

1.1.3  调温电热板。

1.1.4  碳酸铵溶液:称取300 g碳酸铵和150 g氯化铵溶解在1000 mL 2 mol/L氨水中。

1.2 实验步骤

水样前处理:取水样10 mL,置于100 mL比色管中,用水稀释5倍,在水浴锅中加热至50~70℃,在不断搅拌下缓慢加入2 mL碳酸铵溶液,在此温度下保温1 h,在此过程中搅拌2~3次,取下,冷却后用慢速滤纸过滤,沉淀用稀释10倍的碳酸铵溶液洗涤6~8次后,用热的1+4盐酸溶解,以纯水定容至50mL,摇匀,按校准曲线分析步骤测定锶含量。

标准系列:取标准工作液(10 ug/mL)分别加0.000.100.200.501.002.505.00 7.50 10.00 mL10 mL比色管中,加蒸馏水定容刻度,补加氯化钠(15 mg/L)、氯化钾(20 mg/L)各1 mL,摇匀后加50 mg/L三氧化二镧溶液(50 mg/mL)0.5 mL,摇匀后待测。

标准系列含锶浓度:0.000.100.200.501.002.505.00 7.50 10.00 ug/mL

2 实验结果分析

2.1 水样TDS对锶测定的影响分析

TDS即溶解性总固体,理论上等于水中阴阳离子含量减重碳酸盐含量一半所得,通过对水样的分析结果可看出,巴丹吉林沙漠水样TDS的主要组分为碳酸根、氯根、硫酸根、钾离子、钠离子,碳酸根对锶的影响主要是形成碳酸锶沉淀,使结果偏低,但因锶的测定是在酸性介质中,加酸可除去碳酸根和重碳酸根。 由于采用原子吸收光谱法测定,氯根、硫酸根不影响测定。只有阳离子可能会产生干扰,因些,TDS的影响主要是钾离子、钠离子、钙离子和镁离子的影响。

2.2 钾浓度对锶测定的影响分析

通过在纯水加入不同含量钾浓度,并加入一定量锶标准溶液,实验结果如下表:

2                            钾浓度对锶测定的影响实验                单位:mg/L

钾浓度

0

1000

2000

3000

4000

5000

10000

20000

30000

40000

加锶

1.00

1.00

1.00

1.00

1.00

1.00

1.00

1.00

1.00

1.00

测定值

1.107

1.082

1.119

0.995

1.144

1.016

0.858

0.779

0.663

0.542

回收率(%

110.7

108.2

111.9

99.5

114.4

101.6

85.8

77.9

66.3

54.2

从表中回收率可看出,钾浓度大于5000mg/L时,回收率明显降低,锶测定值偏小,说明水中钾离子对锶测定有显著影响。

2.3钠浓度对锶测定的影响分析

通过在纯水加入不同含量钠浓度,并加入一定量锶标准溶液,实验结果如下表:

3                           钠浓度对锶测定的影响实验                单位:mg/L

钠浓度

0

1000

2000

3000

4000

5000

10000

20000

30000

40000

加锶

1.00

1.00

1.00

1.00

1.00

1.00

1.00

1.00

1.00

1.00

测定值

0.991

1.024

0.895

0.916

1.024

0.916

0.787

0.576

0.451

0.360

回收率(%

99.1

102.4

89.5

91.6

102.4

91.6

78.7

57.6

45.1

36.0

从表中回收率可看出,钠浓度大于5000mg/L时,回收率明显降低,锶测定值偏小,说明水中钠离子对锶测定有显著影响。

2.4钙浓度对锶测定的影响分析

通过在纯水中加入不同含量钙浓度,并加入一定量锶标准溶液,实验结果如下表:

4                           钙浓度对锶测定的影响实验                单位:mg/L

钾浓度

0

200

400

800

1200

1600

2000

4000

8000

12000

加锶

1.00

1.00

1.00

1.00

1.00

1.00

1.00

1.00

1.00

1.00

测定值

0.945

0.982

0.958

0.999

1.119

1.086

1.078

1.057

1.070

1.140

回收率(%

94.5

98.2

95.8

99.9

111.9

108.6

107.8

105.7

107.0

114.0

从表中回收率可看出,钙浓度对锶测定影响不大,规律性不明显,回收率在100±10%左右。

2.5镁浓度对锶测定的影响分析

通过在纯水中加入不同含量镁浓度,并加入一定量锶标准溶液,实验结果如下表:

5                            镁浓度对锶测定的影响实验                 单位:mg/L

浓镁度

0

200

400

600

800

1000

2000

4000

6000

加锶

1.00

1.00

1.00

1.00

1.00

1.00

1.00

1.00

1.00

测定值

1.024

1.032

1.057

0.974

1.074

0.982

0.816

0.779

0.538

回收率(%

102.4

103.2

105.7

97.4

107.4

98.2

81.6

77.9

53.8

从表中回收率可看出,当镁含量大于1000mg/L时,对锶测定影响比较明显,说明水中镁离子影响比较显著。

综合上述实验,对锶测定影响的元素主要是钾离子、钠离子、镁离子,当达到一定浓度时,测定结果偏低,因此对于高TDS水样必须进行前处理,降低钾、钠、钙、镁离子含量,但巴丹吉林沙漠水样钙镁离子普遍较低,达不到其影响浓度,其主要影响元素为钾、钠离子。

2.6水样处理前后钾钠浓度对比

以碳酸铵沉淀富集水样中锶,可除去干扰物质,其原理是:取一定量水样,加一定浓度碳酸铵溶液,控制一定温度使锶与碳酸根形成碳酸锶沉淀,沉淀过滤,水洗,以稀盐酸溶解,使锶进入溶液进行测定,此法,钙镁共沉淀,但巴丹吉林沙漠水样钙镁浓度比较小,达不到影响锶测定浓度。实验结果如下表:

 

6                 处理前和处理后水样钾钠含量变化         单位:mg/L

样品编号

钾离子含量

钠离子含量

处理前

处理后

处理前

处理后

1

10.6

1.8

580

16.8

2

25

16.1

5300

119.4

3

16000

0.4

103500

5.8

4

7.5

0.4

124.0

3.9

5

10.1

10.5

135.0

75.8

6

6080

6.0

63200

5.4

7

20.9

0.8

352.0

10.5

8

44.0

3.6

3010

77.6

9

2490

0.4

60750

4.3

10

16.5

0.8

126.5

15.1

通过上表可以看到,样品经过处理后,水样中的钾钠浓度明显降低,说明通过此方法处理的水样钾钠浓度对测定的干扰可以被很好的消除。

3 方法效果检验

3.1工作曲线相关性检验

按前述方法标准系列同样品一起进行处理,以锶含量为横坐标,吸光度为纵坐标,绘制工作曲线,进行一元线性回归,计算相关系数。

7                             校准曲线测定值

浓度值Cug/ml

0.00

0.10

0.20

0.50

1.00

2.50

5.00

7.50

10.0

吸光值A

0.002

0.020

0.037

0.084

0.157

0.381

0.750

1.137

1.493

校准曲线图:

取锶含量为1.0mg/L试液分取8份,按前述方法进行处理后对锶进行测定,以检查方法的重现性。

表9                          8份试液测定结果                 单位:mg/L

1

2

3

4

5

6

7

8

锶含量

0.971

0.967

1.025

1.051

0.945

0.952

1.032

0.958

计算相对标准偏差:4.2%,小于10%,满足要求,说明方法稳定性较好。

3.3 准确度检验

通过对5个不同含量标准样品按前述方法处理后测定,按《地质矿产实验室测试质量管理规范》DZ/T0130-2006进行误差评定,结果见下表。

表 10                   标准样品测定结果                单位:mg/L

序号

测定值

锶标准值

允许限

评定

1

0.697

0.700

0.700±0.02

合格

2

0.102

0.100

0.100±0.02

合格

3

1.250

1.200

1.200±0.05

合格

4

1.110

1.100

1.100±0.05

合格

5

1.050

1.000

1.000±0.05

合格

从实验结果可看出,方法准确度满足要求,说明准确度可信。

3.4回收率检验

选取不同含量典型水样5个,加入不同含量锶标准溶液,在同一条件下进行测定,测定结果如下表。

加标回收率计算公式为:

=M2M1/M3× 100%

式中为加标回收率;M1 为试样测定值; M2 为加标试样测定值;M3 为加标量。

11                      回收率分析结果             单位:mg/L

样品编号

原样测得值M1

加标后测得值 M2

加标量M3

回收率P%

1

2.825

4.735

2.000

95.5

2

0.585

1.321

0.750

98.1

3

0.340

1.350

1.000

101.0

4

0.410

1.922

1.500

100.8

5

0.510

1.716

1.200

100.5

实验结果表明样品加标回收率均在95%~101%范围内,依据《地质矿产实验室测试质量管理规范》DZ/T0130-2006规定,回收率允许限为95~105%范围,满足要求。

4 结论

通过以上实验分析,巴丹吉林沙漠水样锶测定主要影响因素为钾、钠离子,钾钠浓度大于5000mg/L时影响明显,锶测定结果偏低。通过以碳酸铵溶液,进行处理后,以高浓度镧—火焰原子吸收法测定,可消除钾钠离子干扰,方法校准曲线相关系、准确度、精密度均满足要求。

参考文献:

[1] DZ/T0064.39-1993. 地下水质检验方法 [S]. 北京:地质出版社,1993

[2] GB/T8538-2008. 饮用天然矿泉水检验方法[S]. 北京:中国标准出版社,2009:50-51

[3] DZ/T0130-2006. 地质矿产实验室测试质量管理规范[S]. 北京:中国标准出版社,2006:64-70

[4] 岩石矿物分析编委会. 岩石矿物分析(第四版)[S]. 北京:地质出版社, 2011: 第二册508-509

 

 

 

 

作者简介:张启新(1969-,)     安徽六安人,地质实验测试高级工程师,长期从事水工环地质实验测试工作。

 

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