顧曉明 秦宏兵 朱君

摘 要：用微波消解法對空氣濾膜和廢氣濾筒進(jìn)行前處理，通過電感耦合等離子體發(fā)射光譜法測定了鉻、銅、鎳的濃度，并對測定結(jié)果進(jìn)行了分析。結(jié)果表明，對空氣樣品中鉻、銅、鎳分析時(shí)微波消解法的檢出限分別為0.006μg/m3、0.003μg/m3、0.04μg/m3，精密度分別為1.5%、3.2%、3.5%，加標(biāo)回收率分別為104%、105%、103%。對廢氣樣品中鉻、銅、鎳分析時(shí)，微波消解法的檢出限分別為2.0μg/m3、0.8μg/m3、1.0μg/m3，精密度分別為3.5%、4.4%、4.3%，加標(biāo)回收率分別為104%、107%、106%。同時(shí)對有證濾膜進(jìn)行了測定，結(jié)果均合格。微波消解法測定的鉻、銅、鎳含量有較好的檢出限、精密度和準(zhǔn)確度，與電熱板消解法不存在顯著性差異，均適用于空氣和廢氣顆粒物中的鉻、銅、鎳的測定。

關(guān)鍵詞：微波消解；電感耦合等離子體發(fā)射光譜法；顆粒物；濾膜；濾筒；重金屬

中圖分類號 O657.31 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 1007-7731（2018）13-0091-03

Abstract：The air filter membrane and exhaust gas filter cartridge were pretreated by microwave digestion，and the concentration of chromium，copper and nickel was determined by inductively coupled plasma atomic emission spectrometry，and the results are analyzed.The detection limits of microwave digestion in the analysis of chromium，copper and nickel in the air samples were 0.006，0.003，and 0.04g/m3 respectively，and the precision was 1.5%，3.2% and 3.5%，respectively，and the recovery rates were 104%，105% and 103%，respectively.The detection limits of the microwave digestion method for the analysis of chromium，copper and nickel in the waste gas samples were 2，0.8，and 1 g/m3 respectively，and the precision was 3.5%，4.4% and 4.3% respectively，and the recovery rates were 104%，107% and 106%，respectively.Meanwhile，the measured results of certified filter membrane were all qualified.It is found that the content of chromium，copper and nickel determined by microwave digestion method has good detection limit，precision and accuracy，and there is no significant difference from the electrothermal plate digestion method.It is suitable for the determination of chromium，copper and nickel in air and waste gas particles.

Key words：Microwave digestion；ICP-AES；Particulate matter；Membrane；Filter cartridge；Heavy metal

環(huán)境空氣和廢氣中的重金屬元素主要來源于土壤、機(jī)動(dòng)車尾氣、居民取暖及工業(yè)廢氣的排放[1]，經(jīng)過氣流傳輸、沉降及呼吸深入到人體肺部的氣體交換器官，對人體造成潛在的危害。目前，測定環(huán)境空氣中重金屬含量的主要方法有原子吸收光譜法、原子熒光光譜法、電感耦合等離子體發(fā)射光譜法、電感耦合等離子體質(zhì)譜法[2～7]等。

空氣和廢氣顆粒物中的鉻、銅、鎳濾膜及濾筒的消解方法主要采用電熱板消解法，該方法對溫度控制的要求較高，需將加熱的溫度控制在（100±5）℃，且要加蓋回流防止金屬組分揮發(fā)。而微波消解具有用酸量小，消解速度快，消解比較完全，易揮發(fā)元素不易損失等優(yōu)點(diǎn)。筆者使用微波消解法對空氣濾膜和廢氣濾筒進(jìn)行預(yù)處理后上機(jī)分析，方法的精密度和準(zhǔn)確度滿足測定要求[8～13]。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要儀器與試劑 電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀（美國安捷倫公司，Agilen725t-OES）；微波消解儀（意大利Milestone，ETHOSD）；電熱板（德國Labtech，EG37R可控溫電熱板）；硝酸、鹽酸、過氧化氫、氫氟酸、高氯酸（蘇州晶銳，優(yōu)級純）；多元素標(biāo)準(zhǔn)貯備溶液（質(zhì)量濃度為100mg/L）。濾膜質(zhì)量控制樣品（中國安全生產(chǎn)科學(xué)研究院，批號20170701）；實(shí)驗(yàn)用水為：密理博MILLI-Q純水儀所制超純水。

1.2 方法原理 將采集到合適濾材上的空氣和廢氣顆粒物樣品經(jīng)微波消解后，用電感耦合等離子體發(fā)射光譜法（ICP-OES）測定各金屬元素的含量。消解后的試樣進(jìn)入等離子體發(fā)射光譜儀的霧化器中被霧化，由氬載氣帶入等離子體火炬中，目標(biāo)元素在等離子體火炬中被氣化、電離、激發(fā)并輻射出特征譜線。在一定濃度范圍內(nèi)，其特征譜線強(qiáng)度與元素濃度成正比。

1.3 試樣制備 取適量濾膜或?yàn)V筒樣品（例如：大流量采樣器矩形濾膜可取1/4，或截取直徑為47mm的圓片；小流量采樣器圓濾膜取整張，濾筒取整個(gè)），用陶瓷剪刀剪成小塊置于微波消解容器中，加入20.0mL硝酸-鹽酸混合消解液，使濾膜（濾筒）碎片浸沒其中，加蓋，置于消解罐組件中并旋緊，放到微波轉(zhuǎn)盤架上。設(shè)定消解溫度為200℃，消解持續(xù)時(shí)間為15min。消解結(jié)束后，取出消解罐組件，冷卻，以水淋洗微波消解容器內(nèi)壁，加入約10mL水，靜置0.5h進(jìn)行浸提。將浸提液過濾到100mL容量瓶中，用水定容至100mL刻度，待測。當(dāng)有機(jī)物含量過高時(shí)，可在消解時(shí)加入適量的過氧化氫以分解有機(jī)物。

2 結(jié)果與分析

2.1 儀器工作參數(shù)優(yōu)化 實(shí)驗(yàn)通過優(yōu)化射頻功率，冷卻氣、霧化氣和輔助氣流量，泵流速等參數(shù)，以期獲得對大多數(shù)元素都理想的條件。對于多元素同時(shí)檢測，降低各元素間的相互干擾是方法的關(guān)鍵。試驗(yàn)在參考有關(guān)研究的基礎(chǔ)上[9-13]，每個(gè)元素選取2～3條分析譜線進(jìn)行測試，通過比較空白溶液和低濃度樣品中各譜線的背景強(qiáng)度、靈敏度和相對標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD），同時(shí)避免各元素間譜線的相互重疊，優(yōu)化出最優(yōu)分析波長。綜合考慮穩(wěn)定性和靈敏度等因素，試驗(yàn)最終選取表1所列ICP—OES參數(shù)。

2.2 標(biāo)準(zhǔn)工作曲線 分別吸取多元素混合標(biāo)準(zhǔn)溶液配制0.0，0.2，0.4，0.6，0.8，1.0mg/L的標(biāo)準(zhǔn)曲線。校準(zhǔn)曲線結(jié)果見表2。

2.3 方法檢出 限連續(xù)分析7個(gè)實(shí)驗(yàn)室空白，按以下公式計(jì)算方法檢出限。

當(dāng)空氣采樣量為150m3（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)），污染源廢氣采樣量為0.600m3（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)干煙氣），樣品預(yù)處理定容體積為50mL時(shí)，本方法測定各金屬元素的檢出限和測定下限見表3。由表3可知，2種方法所得檢出限均低于國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的值L，表明該方法有較高的靈敏度。

2.4 精密度 分別對石英濾膜采集的大氣樣品和石英濾筒采集的污染源廢氣樣品進(jìn)行精密度實(shí)驗(yàn)，經(jīng)過微波消解前處理后，上儀器分析后鉻、銅、鎳的含量，并計(jì)算試結(jié)果的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差，測定結(jié)果見表4。由表4可知，測定結(jié)果的相對偏差為1.5%、3.2%、3.5%和3.5%、4.4%、4.3%，表明本方法對大氣樣品測定結(jié)果的重復(fù)性好，本法對大氣和污染源廢氣中3種金屬的測量有較高的精密度。

2.5 準(zhǔn)確度 以中國安全生產(chǎn)科學(xué)研究院的濾膜質(zhì)量控制樣品經(jīng)過微波消解前處理后，上儀器分析并與標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行對比測定儀器準(zhǔn)確度，測定值和對比結(jié)果見表5。由表5可知，測定結(jié)果均在標(biāo)準(zhǔn)不確定度范圍內(nèi)，說明本方法準(zhǔn)確可靠。

2.6 對比試驗(yàn) 分別對2組大氣樣品和廢氣樣品經(jīng)過電熱板消解和微波消解前處理后，上儀器分析并對結(jié)果進(jìn)行比較，結(jié)果見表6。

由表6可知，2種消解方法的測定結(jié)果基本吻合。該方法適用于大氣和廢氣中鉻、銅、鎳的測定。

2.7 加標(biāo)回收試驗(yàn) 分別對石英濾膜采集的大氣樣品和石英濾筒采集的污染源廢氣樣品進(jìn)行加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)，經(jīng)過微波消解前處理后，上儀器分析后加標(biāo)回收率實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表7。由表7可知，經(jīng)微波消解方法前處理后鉻、銅、鎳的回收率分別為104%、105%、103%和104%、107%、106%，均在允許范圍內(nèi)。表明本方法測量準(zhǔn)確度較高，滿足技術(shù)要求。

3 結(jié)語

（1）用電感耦合等離子體發(fā)射光譜法測定空氣顆粒物中的鉻、銅、鎳，具有靈敏度高、檢測限低、精密度好、線性范圍寬、基體效應(yīng)小、可同時(shí)或順序測定多種元素的優(yōu)點(diǎn)。

（2）采用微波消解2種消解方法前處理用電感耦合等離子體發(fā)射光譜法測定空氣顆粒物中的鉻、銅、鎳，2種方法的靈敏度、線性范圍、精密度以及準(zhǔn)確度等指標(biāo)均滿足要求。

（3）與電熱板消解相比，微波消解操作簡便、自動(dòng)化和消解效率較高。

（4）與電熱板從外至內(nèi)間接加熱分解樣品的傳導(dǎo)加熱方式相比，微波消解法是將試樣直接進(jìn)行由微波到熱能的轉(zhuǎn)換加熱，其具有加熱快、消解能力強(qiáng)、消耗溶劑少、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，避免了常壓敞開消解造成的揮發(fā)損失和樣品玷污，提高了分析的準(zhǔn)確度和精密度。

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（責(zé)編：張宏民）