何 蓮，薄桂強，徐琳燕，翁咪娜，譚 俊，李懷瑞

（浙江中一檢測研究院股份有限公司，浙江寧波315040）

微波消解ICP-AES法測定鎂合金加工場所空氣中10種金屬元素

何 蓮，薄桂強，徐琳燕，翁咪娜，譚 俊，李懷瑞

（浙江中一檢測研究院股份有限公司，浙江寧波315040）

應用微波消解ICP-AES法測定了鎂合金加工場所空氣中10種金屬元素的含量，考察了該方法的檢出限、精密度和準確度。結果表明，該方法對各元素測定效果良好，加標回收率為96.5%～102.1%，相對標準偏差為0.75%～2.79%。該方法簡便、快速、準確，可用于鎂合金加工場所空氣中多種金屬元素的同時檢測。

ICP-AES；金屬粉塵；鎂合金

鎂合金有很高的強度和優(yōu)良的加工性能，在航空航天、汽車、機械制造、船舶、建筑業(yè)及化學工業(yè)中已大量應用[1,2]。在切割、焊接、表面拋光等加工過程中，鎂合金容易形成大量粉塵，吸收后對人體也會造成危害[3]。目前，工作場所空氣中的金屬元素的的檢測方法主要包括容量法、火焰原子吸收光譜法、石墨爐原子吸收光譜法、分光光度法[4]等。容量法和分光光度法操作繁雜，分析速度較慢；火焰原子吸收光譜法和石墨爐原子吸收光譜法可以進行連續(xù)分析，但比較適合對單個元素的測定。ICP-AES法可以同時測定多個元素，而且具有干擾水平低、精密度好、線性范圍寬等優(yōu)點。目前，未見用ICPAES測定工作場所空氣中鎂合金粉塵中多種金屬元素的研究報道。本文使用微孔濾膜采集鎂合金加工場所空氣中的粉塵，微波消解處理后，采用ICP-AES同時測定鎂、鋁、銅、鋅、鎳、鉻、鉛、鎘、鐵、錳、鈹10種金屬元素，能夠滿足職業(yè)健康保護和安全生產的需要。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀（美國PerkinElmer公司）；MARS微波消解系統(tǒng)（美國CEM公司）；粉塵采樣器（浙江恒達儀器儀表有限公司）；微孔濾膜（鹽城方圓環(huán)?？萍加邢薰荆?/p>

金屬標準溶液（百靈威科技有限公司）；68% HNO3（優(yōu)級純）；30%H2O2（優(yōu)級純）。

1.2 儀器工作條件

ICP-AES工作條件：RF發(fā)射器功率：1300W；冷卻氣：15.0L·min-1；載氣流速：0.8L·min-1；等離子氣：0.2L·min-1；觀測高度：15mm；進樣速度：1.5mL· min-1。

1.3 樣品的采集和保存

在采樣現場將微孔濾膜安裝到采樣夾內，短時間采樣：以5L·min-1的流量采集15min空氣樣品；長時間采樣：以1L·min-1的流量采樣4h。采樣后，將微孔濾膜的接塵面朝里對折兩次，置于清潔的聚乙烯袋中保存。

1.4 分析步驟

1.4.1 樣品處理將采過樣的微孔濾膜放入微波消解儀的消解罐中，依次加入HNO32.5mL和H2O21mL，待反應平穩(wěn)后加蓋封閉，放入微波消解儀中消解。消解功率設定為1000W，15min升溫至180℃保持10min。待消解結束，消解罐冷卻后，將消解液定量轉移至具塞刻度試管中，并定容至25.0mL刻度，樣品消解溶液供測定。

1.4.2 標準曲線的繪制將10μg·mL-1混合標準溶液逐級稀釋至所需濃度。調節(jié)儀器至最佳工作狀態(tài)，進樣測定，每個濃度重復測定3次，以各元素的濃度和測得的平均譜線強度為變量繪制標準曲線。1.4.3樣品的測定與計算用測定標準系列相同的工作條件測定樣品和樣品空白，根據發(fā)射光強度由標準曲線得到樣品溶液金屬元素的濃度。將采樣體積換算成標準采樣體積，再根據測得的樣品溶液中金屬的濃度和樣品溶液體積計算出空氣中金屬的濃度。

2 結果與討論

2.1 分析譜線的選擇

ICP-AES可以同時對多個元素進行測定，而且對同一個元素也可以選擇多條特征譜線進行測定。將樣品進行波長掃描，觀察共存元素譜線的干擾情況，選擇背景扣除位置，參考儀器自帶軟件推薦的分析譜線，選擇強度高、精密度好的譜線，各元素的分析波長見表1。

2.2 方法的線性范圍及檢出限

ICP-AES具有較寬的線性范圍，以各元素的濃度和對應的譜線強度為變量，得到各元素的線性范圍和相關系數，被測元素在實驗范圍內具有良好的線性關系，相關系數大于0.999。取12份空白濾膜，按1.4.1工作條件進行處理，然后連續(xù)測定，按照測定值3倍標準偏差計算檢出限，10倍標準偏差計算定量限，結果見表1。

表1 分析波長、檢出限、線性范圍和相關系數Tab.1 Analytical lines,detection limits,linear ranges and correlation coefficients

2.3 精密度與回收率實驗

在微孔濾膜上滴加一定量的混合標準溶液，制成一定濃度的加標樣品，進行6次測定，計算平均回收率和相對標準偏差，結果見表2。

表2 回收率和精密度（n=6）Tab.2 Results of recoveries and precisions（n=6）

從表2可見，相對標準偏差為0.75%～2.79%，平均回收率為96.5%～102.1%，符合文獻[6]要求。

2.4 實際樣品的測試

按照上述方法，對某鎂合金加工企業(yè)工作場所空氣中5個監(jiān)測點檢測3d，各監(jiān)測點空氣的金屬含量（以金屬計）分別為：Mg：0～17.8mg·m-3，Al：0～1.53mg·m-3，Cu：0～0.005mg·m-3，Zn：0～0.1mg·m-3，Pb：0～0.004mg·m-3，Mn：0～0.06mg·m-3，其它金屬元素未檢出（采樣流量為1L·min-1，采集3h空氣樣品）。除鎂超過職業(yè)接觸限值（氧化鎂煙時間加權平均容許濃度為10mg·m-3），其它9種元素均未超過其職業(yè)接觸限值[7]，說明須采取必要的防護措施，如濕式作業(yè)法、除塵器除塵、個體防護等降低鎂合金粉塵對工人造成的健康危害。

3 結論

采用微波消解ICP-AES法測定鎂合金加工場所空氣中的10種金屬元素，實驗結果表明，該方法對各元素測定效果良好，加標回收率為96.5%～102.1%，相對標準偏差為0.75%～2.79%。各元素的檢出限能夠滿足職業(yè)健康評價工作的要求。該方法具有簡便、快速、線性范圍寬等優(yōu)點，對加標樣品和現場工作場所空氣的測定，結果令人滿意。

［1］余剛，劉躍龍，李瑛，等.Mg合金的腐蝕與防護［J］.中國有色金屬學報，2002，12（6）：1087-1098.

［2］丁文江,吳玉娟,彭立明.高性能鎂合金研究及應用的新進展［J］.中國材料進展,2010,29（8）:37-45.

［3］袁建國,紀福民,毛海泉.金屬粉塵對男性作業(yè)工人呼吸系統(tǒng)影響的調查［J］.工業(yè)衛(wèi)生與職業(yè)病,2007,33（3）:157-159.

［4］GBZ/T160-2007工作場所空氣中有毒物質測定方法［S］.

［5］徐靜，王志強，李明來，等.電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法測定鏑鐵電解粉塵中15種稀土元素［J］.冶金分析，2013，33（7）:25-29.

［6］GBZ/T210.4-2008職業(yè)衛(wèi)生標準制定指南第4部分:工作場所空氣中化學物質測定方法［S］.

［7］GBZ 2.2-2007.工作場所有害因素職業(yè)接觸限值：化學有害因素［S］.

由上，雖然到穩(wěn)定傳熱狀態(tài)時恰好約為厭氧消化溫度，36.21℃，但需長達15d。

重算θ值：提高加熱水溫到80℃：《例2》上述計算中的b不變，算式a中的70改成80得a=0.5454，將a，b值代入θ算式中，得θ=139.8h=5.83d

池水加熱到穩(wěn)定狀態(tài)溫度，即無限長加熱：

由上：用80℃熱水加熱時，當池水溫度加熱到約36℃時，加熱池水天數滿符合要求，但池水溫度會繼續(xù)升高超出消化溫度范圍，因此應將加熱水初溫降回70℃，以防超出。

從以上兩例中知，當池水溫度36℃時，換熱器污水出口溫度44.24℃，超出中溫厭氧38°上限。為此，可適當降低池水溫度t值至34～35℃，以免t0超出38℃太多而不利于厭氧菌儲存。

5 結語

最后應指出：上述計算值只是理論值，因算式推導時設定了一些條件，這些條件有的是不能完全成立的，有的是近似的：如空氣溫度的變化晝夜不同，即使白日也不是完全不變的，還如，污水比熱、密度與水是不同的，再加上厭氧污水池較大、盛水量多溫度難以均一等因素。雖然忽略的是一些次要因素，但都會對計算結果產生影響，因此不必過分苛求完全吻合某一厭氧消化溫度值或達到這一溫度精確的時間。計算結果只是參考值，不過它給工程技術人員指出了這類問題計算方法、途徑和方向，實際運行中還需逐步摸索、在此計算基礎上不斷地進行糾偏和微調。

參考文獻

［1］潘濤，田剛.廢水處理技術工程手冊［M］.北京：化學工業(yè)出版社，2010.398-406.

［2］譚天恩，竇梅.化工原理,（上冊4版）［M］.北京：化學工業(yè)出版社，2013.144-162；203-210.

［3］秦叔經，葉文邦.換熱器［M］.北京：化學工業(yè)出版社，2002.52-60.

［4］曾勝學，張立奎.發(fā)電機煙氣余熱回收的傳熱算式［J］.環(huán)境工程，2012，30（增刊）：209-213.

［5］張立奎，攪拌容器內的不穩(wěn)定傳熱計算［J］.化工設備設計，1996，33（2）：17-23.

［6］張立奎.外換熱器為復雜流向的攪拌容器的不穩(wěn)定傳熱計算［J］.化工設備設計，1998，35（2）：34-38.

Determination of 10 elements in Mg alloy processing workplace air with ICP-AES using microwave digestion

HE Lian，BO Gui-qiang，XU Lin-yan，WENG Mi-na，TAN Jun，LI Huai-rui
（Zhejiang Zhongyi Test Institute Co.,Ltd.,Ningbo 315040，China）

Ten metal elements in Magnesium alloy processing workplace air were determined by ICP-AES with microwave digestion.The determination limits,precision and accuracy of the method were studied.The method shows good performance of each element.The recoveries were 96.5%～102.1%and the relative standard deviation were 0.75%～2.79%.This method is simple，convenient,fast,accurate and suitable to determine the 10 metals in the Mg alloy processing workplace air simultaneously.

ICP-AES；metal dust；magnesium alloy

R134.4

A

10.16247/j.cnki.23-1171/tq.20151232

2015-08-24

何蓮（1984-），女，江西樂平人，工程師，碩士，2010年畢業(yè)于中科院生態(tài)環(huán)境研究中心分析化學專業(yè)，目前主要從事職業(yè)衛(wèi)生分析檢測工作。