徐國津，樊穎果，趙倩

(寧波市環(huán)境監(jiān)測中心，浙江寧波 315012)

電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法測定電鍍污泥浸出液中的重金屬

徐國津，樊穎果，趙倩

(寧波市環(huán)境監(jiān)測中心，浙江寧波 315012)

采用硫酸-硝酸溶液浸提電鍍污泥中的重金屬，建立電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法（ICP-AES）測定電鍍污泥浸出液中銅、鋅、鎳、鉻、鉛、鎘、鋇元素的分析方法。研究了儀器的工作條件及影響檢測方法的干擾因素和消除。在選定的條件下，線性相關(guān)系數(shù)均為0.999 9，檢出限為0.002～0.01 mg/L，加標(biāo)回收率為93.5%～106.0%，測定結(jié)果的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差小于10%(n=6)。該方法準(zhǔn)確快速，可用于電鍍污泥浸出液中多種重金屬的含量測定。

電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法；電鍍污泥；浸出液；重金屬

電鍍污泥是電鍍企業(yè)將電鍍廢水通過化學(xué)沉淀法處理后產(chǎn)生的含有大量重金屬的污泥。電鍍污泥可以通過固化/穩(wěn)定化技術(shù)［1］，即投加常見的固化劑(如水泥、瀝青、玻璃、水玻璃等)與污泥加以混合進行固化，使污泥內(nèi)的有害物質(zhì)封閉在固化體內(nèi)不被浸出，避免環(huán)境污染。如果電鍍污泥處理不當(dāng)，任意堆放，污泥中的銅、鉻、鎳、鉛等重金屬在酸性降水的作用下，可能引起土壤、地表水和地下水的污染，危及人體健康。因此在環(huán)保領(lǐng)域監(jiān)測電鍍污泥浸出液中的重金屬具有重要意義。

目前，固體廢物中重金屬的浸出方法有硫酸硝酸法［2］、乙酸緩沖溶液法［3］、水平振蕩法［4］等，方法使用的浸提劑不同，適用范圍也不同。但3種方法均可用于固體廢物浸出液中重金屬的含量測定。鑒于我國大部分地區(qū)酸雨的危害性，筆者采用硫酸-硝酸溶液作為浸提劑，模擬電鍍污泥在不規(guī)范堆存、填埋、處置時，其中的有害組分在酸性降水的影響下，從廢物中浸出而進入環(huán)境的過程［5］。固體廢物浸出液中重金屬測定方法文獻報道最多的是原子吸收法［6］。筆者建立了電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法測定電鍍污泥浸出液中銅、鋅、鎳、鉻、鉛、鎘、鋇7種重金屬的測定方法。與原子吸收法相比，本方法靈敏度高，分析速度快，檢出限低，干擾較少，可以用于危險廢物的浸出毒性鑒別和電鍍污泥浸出液中重金屬的含量測定［7-8］。

1 實驗部分

1.1 主要儀器與試劑

電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀：Agilent Technology 720型，配有Agilent Technologies SPS3自動進樣器，美國Agilent 公司；

全自動翻轉(zhuǎn)式振蕩器：JRY-Z10型，配有2 L具旋蓋和內(nèi)蓋的聚四氟乙烯(PTFE)瓶，湖南金蓉園儀器設(shè)備有限公司；

pH計：FiveEasy Plus型，瑞士梅特勒-托利多公司；

微孔濾膜：孔徑0.45 μm；

銅、鋅、鎳、鉻、鉛、鎘、鋇多元素混合標(biāo)準(zhǔn)溶液：1 000 mg/L，編號為HC108238，德國MERCK公司；

硫酸：ρ=1.84 g/mL，優(yōu)級純；

硝酸：ρ=1.42 g/mL，優(yōu)級純；

氨水：10%，分析純；

去離子水：電阻率不小于18 MΩ·cm；

氬氣：純度99.999%；

實驗室所用其它試劑均為優(yōu)級純。

1.2 儀器工作條件

高頻功率：1.10 kW；霧化氣流量：0.75 L/min；輔助氣流量：1.50 L/min；等離子氣流量：15.0 L/min；分析泵速：15.0 r/min；讀數(shù)時間：5.0 s；進樣延時：30.0 s；各元素的分析波長見表1。

表1 各元素的分析波長

1.3 標(biāo)準(zhǔn)工作溶液的配制

將多元素混合標(biāo)準(zhǔn)溶液逐級稀釋，配制成含量為0.05，0.10，0.50，1.00，2.00，2.50，5.00 mg/L系列標(biāo)準(zhǔn)使用溶液。

1.4 浸提劑的配制

將質(zhì)量比為2∶1的濃硫酸和濃硝酸混合液加入水中，用pH計測定，以10%的氨水調(diào)節(jié)pH值為3.20。此浸提劑近似模擬酸雨，用于測定電鍍污泥在酸雨的影響下，浸出液中銅、鋅、鎳、鉻、鉛、鎘、鋇等重金屬的含量。

1.5 樣品前處理

將采集的兩家電鍍廠的電鍍污泥自然風(fēng)干，充分混勻、研磨后，過9.5 mm孔徑的篩子，收集。稱取100 g樣品，置于2 L提取瓶中，加入1 L浸提劑，旋緊瓶蓋后固定在全自動翻轉(zhuǎn)式振蕩器上。調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速為(30±2) r/min，在(23±2)℃下振蕩18 h后，收集浸出液，用硝酸和鹽酸進行消解，用0.45 μm微孔濾膜過濾，待測。

在樣品前處理的過程中，同時進行試劑空白試驗。

2 結(jié)果與討論

2.1 儀器工作條件的選擇

本方法使用的電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀是全譜直讀型發(fā)射光譜，可以實現(xiàn)多元素同時測定，是測定固體廢物浸出液中多種重金屬的首選儀器。

儀器高頻功率增加時信號值明顯增強，但同時儀器噪音也增加，經(jīng)過調(diào)試選擇1.10 kW作為分析功率；輔助氣流量的大小直接影響樣品溶液的吸出速率，增大輔助氣流量，可以使進入等離子體的待測元素量增大、強度增強，但是過大的輔助氣流量，將會稀釋樣品，經(jīng)過調(diào)試選擇1.50 L/min作為輔助氣流量；霧化氣流量的增加會使待測元素強度下降，從而導(dǎo)致靈敏度降低，這樣不利于低濃度元素的分析測定，經(jīng)過調(diào)試選擇0.75 L/min作為霧化氣流量。

2.2 各元素分析波長的選擇

元素分析波長的選擇是否恰當(dāng)，直接影響測定結(jié)果的準(zhǔn)確度和可信度。由于樣品浸出液中分析元素的含量相對較低，原則上應(yīng)選擇儀器推薦的分析元素的第一靈敏線，即高靈敏線作為分析波長。每個元素都可以同時選擇多條特征譜線作為分析波長，不同波長的響應(yīng)強度不同，對不同元素抗干擾能力也不同。在分析測試之前，對待測的每種元素選取2～3條譜線作為分析波長進行試驗，通過測試混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，從發(fā)射強度、共存元素干擾情況、峰形及穩(wěn)定性等進行考察，選取響應(yīng)強度值高、受共存元素干擾小、精密度高的譜線作為分析波長［9］，結(jié)果見1.2中的表1。

2.3 方法的干擾及消除

電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法測定電鍍污泥浸出液中的重金屬，存在的干擾大致可分為光譜干擾和非光譜干擾兩類。

光譜干擾主要包括連續(xù)背景干擾和譜線重疊干擾。電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀采用Fitted和Off peak背景校正技術(shù)，可以很好地矯正測定過程中存在的背景干擾。經(jīng)過試驗，各元素的分析波長周圍其它元素的譜線重疊干擾極少。

非光譜干擾主要包括化學(xué)干擾、電離干擾、物理干擾及去溶劑干擾等，在實際分析過程中各類干擾很難截然分開。一般來說，非光譜干擾影響相對較小。如果浸出液中重金屬元素濃度較高，可以采用稀釋的辦法消除或者減少此類干擾。

2.4 標(biāo)準(zhǔn)曲線

將系列標(biāo)準(zhǔn)使用溶液依次進樣，以質(zhì)量濃度X為橫坐標(biāo)，強度Y為縱坐標(biāo)，由儀器軟件自動繪制各元素的標(biāo)準(zhǔn)曲線，各元素的線性范圍均在0.05～5.00 mg/L之間。各元素的標(biāo)準(zhǔn)曲線和線性相關(guān)系數(shù)見表2。由表2可知，各元素的線性范圍較寬、線性擬合較好，相關(guān)系數(shù)均為0.999 9，均能滿足分析要求，可以準(zhǔn)確定量。

表2 標(biāo)準(zhǔn)曲線及相關(guān)系數(shù)

2.5 方法的檢出限

對標(biāo)準(zhǔn)曲線的第一點0.05 mg/L進行平行7次測定，計算出標(biāo)準(zhǔn)偏差，按式(1)計算方法檢出限。

式中：MDL ——方法的檢出限，mg/L；

n ——樣品的平行測定次數(shù)；

t ——自由度為n-1，置信度為99%時的t分布，當(dāng)n為7時，經(jīng)查表，t=3.143。

S——n次平行測定的標(biāo)準(zhǔn)偏差，mg/L。

計算得方法檢出限見表3。由表3可知，檢出限遠低于國家標(biāo)準(zhǔn)限量值，能夠滿足分析要求。

表3 方法的檢出限

2.6 準(zhǔn)確度試驗

用本方法對寧波市某電鍍廠電鍍污泥進行加標(biāo)回收試驗，結(jié)果見表4。由表4可知，各元素的加標(biāo)回收率在93.5%～106%之間，說明方法的準(zhǔn)確度較高。

2.7 實際樣品的分析和方法精密度

按照上述分析步驟，將某廠家電鍍污泥分為6份，同時進行前處理以及測定，并計算6次測定結(jié)果的均值和相對標(biāo)準(zhǔn)偏差，結(jié)果見表5。由表5可知，低濃度元素的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差值較大，高濃度元素的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差值較小。元素測定結(jié)果的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差均小于10%，精密度較好。

表4 方法加標(biāo)回收率

表5 精密度試驗結(jié)果

3 結(jié)語

采用硫酸-硝酸溶液浸提，建立了電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法測定電鍍污泥浸出液中重金屬含量的分析方法。優(yōu)化了儀器參數(shù)，在選擇的最佳測試條件下，該方法的線性范圍、檢出限、回收率及精密度均能滿足分析檢測的要求。該法能快速、準(zhǔn)確地測定電鍍污泥浸出液中重金屬的含量。

［1］吳芳，羅愛平，李楠.含重金屬水處理污泥的固化和浸出毒性研究［J］.環(huán)境污染治理技術(shù)與設(shè)備，2003，4(12): 40-43.

［2］HJ/T 299-2007 固體廢物浸出毒性浸出方法 硫酸硝酸法［S］.

［3］HJ/T 300-2007 固體廢物浸出毒性浸出方法 醋酸緩沖溶液法［S］.

［4］HJ 557-2010 固體廢物浸出毒性浸出方法 水平振蕩法［S］.

［5］段華波，黃啟飛，王琪，等.危險廢物浸出毒性的理論基礎(chǔ)研究［J］.環(huán)境科學(xué)研究，2005，18(z1): 27-29.

［6］余清，王小虎，應(yīng)海松.流動注射火焰原子吸收法測定電鍍污泥浸出液中微量鉛和鎘［J］.光譜實驗室，2004，23(增刊): 258-259.

［7］王霞，張祥志，陳素蘭. ICP-AES同時測定固體廢物浸出液中鋇、鈹、鎘、鉻、銅、鎳、鉛和鋅［J］.光譜實驗室，2009，26(6): 1 445-1 448.

［8］張優(yōu)珍，劉大海. ICP-AES測定電鍍污泥中的金和鈀［J］.環(huán)境科學(xué)研究，2005，18(5): 18-20.

［9］張海娟，蔣小良，鄧小文. ICP-AES測定皮革及其制品中的可溶性重金屬含量［J］.西部皮革，2012，34(12): 27-29.

Determination of Heavy Metals in Electroplating Sludge Leaching Liquid by Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectrometry

Xu Guojin， Fan Yingguo， Zhao Qian
(Ningbo Environmental Monitoring Center， Ningbo 315012， China)

Heavy metals in electroplating sludge leaching liquid such as Cu，Zn，Ni，Cr，Pb，Cd and Ba were determined by inductively coupled plasma atomic emission spectrometry with sulfuric acid-nitric acid extraction. The working conditions of the instrument and interference factors and elimination method were studied. Under the selected conditions，the linear correlation coefficients were all 0.999 9，the detection limits were between 0.002 mg/L and 0.01 mg/L，recoveries ranged from 93.5% to 106.0%，and the relative standard deviations of determination results were less than 10%(n=6). The method could quickly and accurately detect some heavy metals in electroplating sludge leaching liquid.

ICP-AES; electroplating sludge; leaching liquid; heavy metal

O657.3

A

1008-6145(2014)03-0032-03

10.3969/j.issn.1008-6145.2014.03.009

聯(lián)系人：徐國津；E-mail: jinguoxu@qq.com

2014-02-19