孔 艷

（大慶油田有限責(zé)任公司 勘探開(kāi)發(fā)研究院 中心化驗(yàn)室，黑龍江 大慶 163712）

分析測(cè)試

ICP-AES法測(cè)定油田水中鉀、鈉、鈣、鎂

孔 艷

（大慶油田有限責(zé)任公司 勘探開(kāi)發(fā)研究院 中心化驗(yàn)室，黑龍江 大慶 163712）

采用ICP-AES法同時(shí)測(cè)定了大慶油田水中鉀、鈉、鈣、鎂4種常量金屬元素的含量。研究了酸度效應(yīng)及元素間的相互干擾情況，并進(jìn)行了檢出限、準(zhǔn)確度及精密度試驗(yàn)。結(jié)果表明，線性相關(guān)系數(shù)大于0.999，加標(biāo)回收率為95.4%~104.0%，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.56%~1.14%，均可滿足要求。方法具有樣品前處理簡(jiǎn)單，干擾少，測(cè)定快速、準(zhǔn)確，可進(jìn)行多元素同時(shí)分析等優(yōu)點(diǎn)，適用于油田水中鉀、鈉、鈣、鎂等常量元素的測(cè)定。

ICP-AES；油田水；鉀；鈉；鈣；鎂

Abstract:A method for the simultaneous determination of K、Na、Ca、Mg constantmetal elements in Daqing oil field water by ICP-AES was presented.The acidity effect and mutual interference between elements were studied;the detection limits,accuracy and precision test were carried on.The experimental results showed the linear correlative coefficient were higher than 0.999,the recoveries were in the range of 95.4%～104.0%and the relative standard deviation（RSD）valueswere 0.56%～1.14%,all canmeet the requirements.Themethod had the advantages of simple sample preparation,less interference and fast,accurate and simultaneous multi-element analysis and so on,which was suitable for the analysis of K、Na、Ca、Mg constantelements in oil field water.

Key words:ICP-AES;oil field water;potassium;sodium;calcium;magnesium

油田水是與地下石油、天然氣伴生在一起的水體，具有高礦化度、化學(xué)成分含量相差懸殊并含有大量不溶性顆粒物、有機(jī)物等特點(diǎn)。了解和研究油田水，對(duì)于揭示地下水或儲(chǔ)油介質(zhì)和油氣之間的物質(zhì)、能量交換特征，以及油氣起源和演化均有重要意義[1]。

目前，油田水中鉀、鈉、鈣、鎂4種金屬元素的測(cè)定方法主要有電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法（ICP-AES）、火焰原子吸收光譜法（FAAS）、離子色譜法、絡(luò)合滴定法等?；鹧嬖游展庾V法、絡(luò)合滴定法等方法的一個(gè)主要特點(diǎn)是一份試樣溶液不能同時(shí)對(duì)多種元素測(cè)定，操作繁雜且費(fèi)時(shí)。而離子色譜法、ICP-AES法則可以做到在一份試樣溶液中同時(shí)對(duì)其所含的多種元素一次測(cè)出。本實(shí)驗(yàn)選擇ICP-AES法測(cè)定油田水中鉀、鈉、鈣、鎂4種金屬元素，ICP-AES法具有操作簡(jiǎn)單，檢出限低，分析速度快，線性范圍寬，結(jié)果準(zhǔn)確可靠等特點(diǎn)。

油田水中含有一定的有機(jī)成分，但本文所研究油田水放置一段時(shí)間后澄清透明，并沒(méi)有分層現(xiàn)象，因此，本實(shí)驗(yàn)不考慮有機(jī)質(zhì)的干擾問(wèn)題。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要儀器與試劑

美國(guó)Thermo Elemental ICAP 6300型全譜直讀等離子發(fā)射光譜儀。

鉀、鈉、鈣、鎂標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液，均購(gòu)自國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研究中心，濃度為 100mg·L-1或 1000mg·L-1；

鉀、鈉、鈣、鎂工作標(biāo)準(zhǔn)溶液：用以上4種元素的標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液為母液，稀釋不同的倍數(shù)制備鉀、鈉、鈣、鎂的標(biāo)準(zhǔn)溶液系列，介質(zhì)為1%HCl，濃度值見(jiàn)表1。

高純 Ar，純度 99.99%（V/V）以上；

鹽酸、硝酸為優(yōu)級(jí)純；實(shí)驗(yàn)過(guò)程中所用水均為超純水。

1.2 儀器工作條件

儀器的工作參數(shù)主要是指霧化室壓力、RF功率、輔助氣流量、觀測(cè)高度等，對(duì)測(cè)定效果影響很大。通過(guò)實(shí)驗(yàn)，兼顧到較小的干擾效應(yīng)，較大的儀器穩(wěn)定性，最佳測(cè)定效果，將儀器工作參數(shù)定為：高頻功率為950W，冷卻氣流量為14L·min-1，輔助器流量為0.5L·min-1，霧化器壓力為0.21MPa，積分時(shí)間為長(zhǎng)波15s，短波5s，垂直觀察高度15mm。

表1 工作標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度（mg·L-1）Tab.1 The concentration ofworking standard solution（mg·L-1）

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 樣品溶液的制備 樣品采集后立即通過(guò)0.45μm濾膜過(guò)濾，棄去初始的50～100mL溶液，收集所需體積的濾液，并用HCl把溶液酸度調(diào)節(jié)至與標(biāo)準(zhǔn)溶液酸度一致。

1.3.2 標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制及試樣分析 工作標(biāo)準(zhǔn)溶液配制好后，待儀器穩(wěn)定，在選定的最佳工作條件下，以1%HCl溶液為空白，將工作標(biāo)準(zhǔn)溶液依次噴入，用標(biāo)準(zhǔn)溶液將儀器標(biāo)準(zhǔn)化，繪制校準(zhǔn)曲線。然后再將酸化后的水樣以同樣的方法直接測(cè)定。

2 結(jié)果與討論

2.1 分析線的選擇

分析線的選擇恰當(dāng)與否直接影響到結(jié)果的準(zhǔn)確性以及方法的可靠性。因此，待測(cè)元素波長(zhǎng)的選擇是分析過(guò)程中的重要環(huán)節(jié)，選擇被測(cè)元素的分析線必須考慮其靈敏度、背景干擾等因素。ICP-AES法對(duì)每個(gè)元素的測(cè)定都可以同時(shí)選擇多條特征譜線，而且光譜儀上有同步背景校正功能。本實(shí)驗(yàn)從儀器分析線數(shù)據(jù)庫(kù)中調(diào)取鉀、鈉、鈣、鎂各分析線中的靈敏線及次靈敏線2～3條譜線進(jìn)行測(cè)定，綜合分析強(qiáng)度、干擾情況及穩(wěn)定性，同時(shí)考慮到鉀、鈉、鈣、鎂在油田水中的濃度比較高，選擇譜線干擾少、精密度好、背景低的譜線作為分析譜線。結(jié)果見(jiàn)表2。

2.2 檢出限試驗(yàn)

在測(cè)定條件下，重復(fù)測(cè)定空白溶液11次，取其3倍標(biāo)準(zhǔn)偏差所對(duì)應(yīng)的濃度為元素的檢出限，其結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 分析線和檢出限Tab.2 Analytical line and detection limit

2.3 酸度效應(yīng)

基體效應(yīng)的存在是ICP中主要干擾類型之一，而ICP系統(tǒng)的霧化部分所發(fā)生的變化對(duì)基體效應(yīng)的影響很大，由于溶液的霧化效率受到溶液酸介質(zhì)及其濃度等性能的影響，因此，必須選擇一個(gè)適當(dāng)?shù)乃峤橘|(zhì)，以消除由于酸介質(zhì)所帶來(lái)的基體干擾。實(shí)驗(yàn)考察了HNO3、HCl為介質(zhì)及其不同濃度對(duì)測(cè)定的影響。實(shí)驗(yàn)表明，HNO3介質(zhì)在酸度為4%以上時(shí)，對(duì)于Ca、Mg測(cè)定有影響，會(huì)使測(cè)定結(jié)果有所偏高。HCl介質(zhì)在酸度為6%以下時(shí)對(duì)測(cè)定無(wú)影響。為使標(biāo)準(zhǔn)溶液系列和樣品的酸度一致，所以在樣品中加入酸與標(biāo)準(zhǔn)系列酸度及種類一致，以消除基體效應(yīng)。

2.4 背景校正

ICP-AES法中最主要的干擾是光譜干擾，包括連續(xù)背景輻射和譜線重疊干擾。由于本實(shí)驗(yàn)所用儀器的光學(xué)系統(tǒng)采用的是高能量中階梯光柵石英棱鏡交叉色散內(nèi)光路，具有較高的線色散率，因而譜線重疊干擾大大減少了，對(duì)于所測(cè)定的元素的分析線均未出現(xiàn)譜線重疊干擾。對(duì)于連續(xù)背景輻射，通過(guò)譜線輪廓選擇正確的背景測(cè)量點(diǎn)，采用雙側(cè)扣背景方式進(jìn)行校正。

2.5 共存離子的干擾

本文所研究的油田水為NaHCO3型高礦化度油田水，油田水的組分構(gòu)成特殊，堿金屬Na、K含量相對(duì)較高。對(duì)含量較高的Na、K、Ca、Mg及油田水中常量金屬元素 Cu、Zn、Mn、Ni、Cr、Fe、Sr、Ba 進(jìn)行干擾試 驗(yàn) 表 明 ：10mg ·L-1：Cu、Mn、Ni、Cr、Fe、Sr、Ba；50mg·L-1：Mg、K 及 Ca 均不干擾水中 Na、K、Ca、Mg的測(cè)定。50mg·L-1的 Na不干擾 Ca、Mg的測(cè)定，但干擾K的測(cè)定。10mg·L-1的Zn不干擾Ca、Mg的測(cè)定，但對(duì)Na稍有干擾，通過(guò)背景校正可消除。

2.6 準(zhǔn)確度與精確度

本文采用加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)來(lái)測(cè)定方法的準(zhǔn)確度。在樣品中加入適量待測(cè)元素，分別測(cè)定原樣及加標(biāo)后樣品中各元素含量。重復(fù)加標(biāo)回收3次，以平均值計(jì)算各元素的加標(biāo)回收率。結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 加標(biāo)回收試驗(yàn)Tab.3 Test for recovery

根據(jù)試驗(yàn)方法，對(duì)樣品做10次平行測(cè)定，結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 精密度試驗(yàn)Tab.4 Precision experiment

3 結(jié)論

由表3、4可以看出，加標(biāo)回收率在95.4%～104.0%之間，方法的準(zhǔn)確度較好，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD）在0.56%～1.14%之間，說(shuō)明本方法的精密度較好，能滿足測(cè)定要求。但是對(duì)樣品稀釋不同倍數(shù)進(jìn)行測(cè)定時(shí)，所測(cè)值稍有差距。對(duì)樣品進(jìn)行20倍、50倍稀釋測(cè)定時(shí)，由于樣品稀釋倍數(shù)較低，Na、K濃度過(guò)高，會(huì)有自吸現(xiàn)象，同時(shí)對(duì)Ca、Mg的測(cè)定有影響，導(dǎo)致測(cè)定結(jié)果偏低。所以運(yùn)用ICP-AES法對(duì)油田水樣中 K、Na、Ca、Mg進(jìn)行測(cè)定時(shí)，如果 Na、K濃度過(guò)高，樣品至少要稀釋100倍進(jìn)行測(cè)定。通過(guò)試驗(yàn)證明，ICP-AES法可以簡(jiǎn)便、快速，準(zhǔn)確對(duì)油田水中鉀、鈉、鈣、鎂進(jìn)行測(cè)定。

［1］史亞利，劉京生，蔡亞岐，等.離子色譜法測(cè)定高氯、高鈉油田回注水中的陰、陽(yáng)離子及有機(jī)酸［J］.色譜，2004，22（6）:646-649.

［2］國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局《水和廢水檢測(cè)分析方法》編委會(huì).水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法（第4版）[M].北京:中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社，2002，291-298.

［3］辛仁軒.CID-ICP-AES測(cè)定堿土金屬的分析性能［J］.光譜學(xué)與光譜分析，2004，28（4）:477-480.

Determ ination of K、Na、Ca、M g in oil field water by ICP-AES

KONG Yan
（Central laboratory,Exploration and Development Research Institute Daqing Oilfield Co.,Ltd.,Daqing 163712,China）

O657.31

A

1002-1124（2011）02-0025-03

2010-11-29

孔 艷（1977-），女，工程師，主要從事油田水分析研究工作。