實驗室分析儀器--ICP應用-測定廢水中重金屬元素含量
工業及水中常見的金屬離子有Cd. Ni.?Cu.?Zn. Cr. Pb.?As. Hg等。其中Cd、Ni. Cr.?Pb. Hg是第一類水污染物. 如含量高對環境污染和對人體危害極大。因此必須対排放廢水 中這些金屬元素的含量逬行有效監控。其含量采用火焰原子吸收分光光度法或化學法進行測定這種方法的缺點是-份試樣溶液不能同時測定多種元素.操作煩瑣費時而電感耦合等離子體原子發射光譜法(ICP-AES法)可以做到在一份溶液實現多元素同時或順序測定.具有靈敏度高、檢出限低、穩定性 好,分析速度快、結果準確可靠等特點。所以在國內外已迅速發展成為一種廣泛而普遍采用的廢水重金屬含量分析方法
工業廢水是一種特殊水樣.不同行業.不同地區、不同單位的水樣所含元素的種類及含量也不一樣.樣品的預處理也 不盡相同。某些被測組分需要分離富集.某些被測組分還要 稀釋。本文根據國家對電鍍污染物廢水重金増排放限值要求。針對本公司實際情況.研究水與廢水監測分析方法.得出符合本公司環保控制的分析檢測方法.實現了工業廢水中6種元素的同時測定。本方法具有分析速度快.基體干擾少、準確度高、操作作簡便等優點。
1實驗方法原理
電感耦合等離子體原子發射光譜法可同時測定樣品中多元 索的含量。當氬氣通過等等離子體火炬時.經高頻發生器所產生
的交變電磁場使其電離、加速并與他氬原子碰撞,這種連續?反應使更多的氬原子電離.形成原子.離子,電子的粒子混合氣體。即等離子體。等離子體火炬可達6OOO-8000k的高溫,過濾或消解處理過的樣品經逬樣器中的霧化器被霧化并用載氣氬氣帯入等離子體火炬中.氣化的樣品分子在等離子體火炬的高溫下被原子化.電離激發.不同元素的原子在激發或電離時 發射出特征光譜.特征光譜的強弱與樣品中或子濃度有關,與標準溶液進行比較.即可定量測定樣品中各元素的含量：
2實驗部分
2.1儀器設為和工作條件
光譜儀：單道掃描等離子發射光譜儀；光源:高頻發生器;炬管：固定式石英炬管；霧化器:玻璃同心霧化器.壓力28HPS;蠕動 泵：速度為lOOr/min.反射功率為5?W,入射功率為1I50W；?冷卻氣流量:14/min (Ar);載氣減量：0.5 L/min (Ar);分析線的波長：Cd?為214.44tun. Ni?為?231.60nm. Cu?為?327J9nm, Zu?為?213.86 nm. Cr?為?267.72 nm. Ph?為?220.35 nm 2.2
試劑與標準溶液
優級純硝酸?(HNO3）：ρ=1.54g/mL硝酸溶液1+99：用 優質純硝酸配制硝酸溶液1 + 1：用優質純屬硝酸配制。髙氯酸?HClO4：?ρ=1.76g/mL氬氣：鋼瓶氣純度不低于99.9%
鉛、鎘、鉻、鎳、鋅、鉀、鈉、鐵標淮深液：I ml.含0.02 mg.鈣標淮溶液：I ml.含0.02 mg鈣。鎂標準溶液：ImL?含0.05 mg Mg按國家對電鍍污染物排放口廢水排放的限值要?求（見表I）,配制不同含量的多元索混合標準溶液標準液 （見表2）
表1廢水排放標準 （單位：mg/L）
元素 | Pb | Cd | Cr | Si | Cm | Zn |
排放標準 | 0.2 | 0.05 | 1.0 | 0.5 | 0.5 | ?1.5 |
?
?
表2多元素混合標準溶液?（mg/L）
Ktt | ???????????????????質量濃度 | ||||
Xi. Cu. Cx. n | ???????????????序號 | ||||
i | ????2 | 3 | 4 | 3 | |
0 | 0.1 | 0.5 | 1.0 | =0 | |
Ci | 0 | 0.025 | 0. 05 | 0.1 | 0.4 |
2.3分析步驟
2.3.1?樣品預處理
（1）?測定溶解態元素：樣品采樣后立即通過濾膜過濾，棄去初始的50-100 ml,溶液，收集所需體枳的濾液并用（1+1）硝酸把溶液調節至pH?<2
（2）?測定元素總量：取水樣50?ml.加5?mL?（1+1）硝酸, 置于電熱板上在近沸狀態下將樣品蒸發近干。冷放醋后再加入?（1+1）硝酸5mL.重復上述操作一次.必要時再加入（1+1）?硝酸或高氯酸.直到消解完全,等蒸至近干.加（1+99）硝酸溶解殘渣.若有不溶沉淀應通過定量濾紙定量至50?ml.容量瓶中，加（1+99）硝酸至標線.搖勻。
（3）?空白溶液：取與樣品相同體積的水按相同的步驟制備 試剤空白溶液。
2.3.2樣品測定
將預處理好的樣品及空白溶液.在儀器最佳工作參數條件下.按照設備操作說明進行測定，再根據標準工作曲線計算出 廢水中金屬含量。
3結果與討論
3.1標準工作曲線的繪制
按照表2配置含有Cd. Ni.?Cl?Zn. Cr.?Pb不同含量的 多元索混合標準溶液.按儀器工作條件測定溶液的吸光度.得 出Pb的標準工作曲線 同樣得到Ni、Cu. Zn. Cr. Cd的標
準工作曲線數據見表3
?3 Cd、Ni、Cu. Zn、Cr、Pb標準工作曲銭
Cd | mg/L | 0 | 0.02S | 0 03 | 0.1 | 0.4 | tflftUK |
A | 0 | 0.014 | 0 090 | 0.055 | 0 209 | 0.?9998 | |
Pb | mg/L | 0 | 0 1 | 0 5 | 1.0 | 2.0 | -- |
A | 0 | 0.005 | 0 010 | 00.021 | 0.042 | 0.9989 | |
Cr | A | 0 | 0.006 | 0 029 | 0.048 | 0.095 | 0.9990 |
??????Ni | A | 0 | 0. OOS | 0 039 | 0 078 | 0.150 | 0.9992 |
Cu | A | 0 | 0.012 | 0 068 | 0 135 | 0.261 | 0.9993 |
????Zn | A | 0 | 0.032 | 0.155 | 0.300 | 0.582 | 0.9997 |
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.3.2分析結果及分析精密度的試驗
選定2010年5月6?日安環部送檢樣作為試驗樣品。用處 理好的試液對各元素進行測定.計篇出各元素的標準偏差和相 對標準偏差.結果見表4
實驗結果表明：用此方法測定出樣M的次數為6次?RSD?為2.12?8.90%,具有較好的精密度.方法可靠
3.3試樣加標準回收試驗
吸取10ml.處理好的標液.用標準加入法進打了冋收率的 試驗.結果見表5。
表5回收率試驗結果
含量mg/L | 加入量mg/L | 測得量mg/L | 回收量mg/L | 回收 | |
Pb | 0.076 | 0 030 | 0 120 | 0 011 | 88 |
Cd | 0 0100 | 0 003 | 0.?0143 | 0.0043 | 80 |
Cr | 0.052 | 0.020 | 0.071 | 0.009 | 95 |
Ni | 0.53 | 0 30 | 0.84 | 4 031 | 103 |
Cu | 0.020 | 0 010 | 0 O30 | 0 010 | 100 |
Zn | 0?.0081 | 0.005 | 0.6122 | 0.MU | 82 |
實驗結果發明：用此方法測定樣品回收率為80% - 103%.?測定效果較好，
3.4對比試驗
用處理好的試液在原子吸收分光光度計上進行測定.結果見表6
Cr的對比實驗，因為本公司廢水中Cr的含量不超過Img/l..?所以用高猛酸鉀氧化-二苯碳酰二肼分光度法進行測定，結果見表7.
實技結果表明：2種方法的測定結果都在標淮偏差之內. 證明方法的準確性較好
表4分析靖果及分析結果精虛度
項目 | Pb | Cd | Cr | Ni | Cu | Zn | ||||||
? | 0 078 | 0.0T4 | 0.009 | 0 011 | 0.053 | 0.041 | 0.?54 | 0 55 | 0 018 | 0 01> | 0.0081 | 0.0078 |
0 075 | 0. 071 | 0 010 | 0 011 | 0.052 | 0.048 | 0 . so | 0 31 | 0 020 | 0 020 | 0.008 6 | 0.0080 | |
0.076 | 0.078 | 0.009 | 0.010 | 0.0055 | 0.0525 | C.54 | 0 S2 | OB | 0 021 | 0.00T9 | 0 008 3 | |
次數 | ??????6 | 6 | 6 | 6 | ||||||||
平均值?1 | 0 076 | 0 010 | 0 052 | 0 S3 | 0 020 | 0 008 1 | ||||||
標準偏差 | 0.0016 | 0. 00089 | 0.00237 | 0.0237 | 0. 0014 | 0.0040 | ||||||
??????相對標準偏差 | 2.12 | 8.90 | 4.55 | 4.46 | 7.07 | 5.00 |
?
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?表6対比試（1）
? | Cd | Cr | Si | Cm | |
ICP-AES?法（mg/L） | 0,53 | 0 010 | 0.020 | 0.076 | 0 0081 |
AAS法（mg/L） | 0.S1 | 0?011 | 0 019 | 0.077 | 0.0078 |
?
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? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 表7對比試驗結果〔2）
?????????????????? | ICF-AES（mg/L） | 化學法（mg/L） |
Cr | 0.052 | 0.050 |
?
?3.5干擾影響
在電感耦合等離子發射光譜分析中.基體成分過高常產生 光譜干擾引起背景變化。因而我們對廢水中的主要成分K.Na.Ca?Mg.Fe做了干擾試驗?步驟如下：首先在等離子發射光譜儀上測定由K、Na. Ca.Fe的含量,K=1.30mg/L，Na=2.48mg/L??Ca=45.0mg/l.. Mg=5.74mg/L. Fe=l.l9mg/L 按 照表2配制4號標準溶液共5組,不加蒸餾水定容到刻度
把配制好的5組溶液按儀器工作條件測定溶液的吸光度. 測定結果見表X
測定結果顯示：K. Ca. Na. Mg對所測元素無干擾，而Fe對Cd測定產生一定干擾.結果偏低 因而在樣品測定中. 我們要扣除其干擾 樣品中的干擾通過光譜儀譜線的背景校正 方法予以消除
4結論
通過實驗論證得岀以下結論
（I）采用電感耦合等離子體原子發射光譜儀ICP-AES檢測工業廢水中Cd、Ni. Cu、Zn. Cr、Pb元素含量的分析技術是 一種有效的方法 這種方法下6種元素的相對標準偏型 RSD為2.12% ~?8.90%.回收率為期80%?- 103%,能満足工業廢水檢測的要求該方法對工業廢水中的重金屬元器進行及 時、準確的監測和控制具有重要意義
⑵本方法共有靈敏度高、檢出限低.基體干擾少、分析 速度快、準確性好、精密度高的優點.解決了火焰原吸收分 光光度法或化學法測定手續較為煩瑣、分析速度慢的問題
