仲 利

(國(guó)家釩鈦制品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心 攀枝花市產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)所，四川 攀枝花 617000)

粉煤灰，是從煤燃燒后的煙氣中捕集下來(lái)的細(xì)灰，主要來(lái)源于燃煤電廠排放。攀枝花作為二十世紀(jì)末西南邊陲最重要工業(yè)城市，貯藏著豐富的鋼鐵、煤炭資源，為了推動(dòng)工業(yè)城市的建設(shè)和發(fā)展，建立了若干規(guī)模龐大的燃煤電廠。隨著環(huán)保事業(yè)的推動(dòng)，對(duì)于這些燃煤電廠排出的粉煤灰等固體廢棄物，日益受到人們的重視。在粉煤灰等廢棄物的綜合利用進(jìn)程中，其污染問(wèn)題不容忽視。污染的傳播與控制是環(huán)境保護(hù)的主要議題，其中重金屬污染一直是污染防治的重要內(nèi)容，重金屬在環(huán)境中遷移的研究對(duì)于環(huán)境保護(hù)的意義巨大。對(duì)于固體廢棄物的重金屬污染，本文對(duì)粉煤灰堆場(chǎng)中因揚(yáng)塵造成的重金屬遷移，應(yīng)用分析化學(xué)手段進(jìn)行了監(jiān)測(cè)研究，通過(guò)現(xiàn)代儀器分析中的電感耦合等離子發(fā)射光譜法，對(duì)鉛、鉻、鎘、砷、汞、錳、鎳、銅、鋅8種重金屬進(jìn)行同時(shí)測(cè)定，實(shí)驗(yàn)中選取微波消解快速處理?yè)P(yáng)塵樣品，使用儀器對(duì)重金屬含量進(jìn)行自動(dòng)分析，并考察了分析方法的檢出限、精密度和回收率。研究體現(xiàn)出該分析方法速度快、效率高、適用面廣的優(yōu)點(diǎn)，適合推廣應(yīng)用。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

Optima-8300型電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀(美國(guó)珀金埃爾默公司)；PRO微波消解儀(奧地利安東帕有限公司)；AR2140電子天平(美國(guó)奧豪斯儀器有限公司)。

鉛、鉻、鎘、砷、汞、錳、鎳、銅、鋅標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液(1000mg/L，國(guó)家有色金屬及電子材料分析測(cè)試中心)；測(cè)定前以標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液稀釋配制工作曲線標(biāo)準(zhǔn)溶液。

鹽酸(優(yōu)級(jí)純)；硝酸(優(yōu)級(jí)純)；氫氟酸(分析純)；硼酸(分析純)；實(shí)驗(yàn)用水為分析實(shí)驗(yàn)室用二級(jí)水。

1.2 儀器工作條件

Optima-8300電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀工作參數(shù)如下：等離子體流量：15 L/min，進(jìn)樣速率1.5 mL/min；條件射頻功率：1300 W，霧化器流量0.55 L /min，輔助氣流量：0.2 L/min。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

稱取揚(yáng)塵樣品0.2 g左右，精確至0.0001 g；記錄樣品質(zhì)量，置于微波消解罐中，加入5 mL 氫氟酸，5 mL硝酸，按表1微波消解程序消解，運(yùn)行完畢后冷卻打開(kāi)，用電熱趕酸器趕酸至1 mL左右，轉(zhuǎn)移至100 mL容量瓶，并用5 %鹽酸溶液多次沖洗，將洗液都收集在容量瓶中，定容、混勻備用。同時(shí)做試劑空白實(shí)驗(yàn)。上機(jī)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)系列溶液發(fā)射強(qiáng)度，繪制工作曲線，測(cè)試樣品消解溶液發(fā)射強(qiáng)度，根據(jù)工作曲線計(jì)算溶液待測(cè)元素質(zhì)量濃度。

表1 微波消解程序

2 結(jié)果與討論

2.1 樣品預(yù)處理方法

實(shí)驗(yàn)對(duì)比了微波消解和傳統(tǒng)的濕法酸消解，結(jié)果顯示，在標(biāo)準(zhǔn)加入實(shí)驗(yàn)中傳統(tǒng)加熱濕法消解的As和Hg的回收率相對(duì)于微波消解偏低，可能是由于傳統(tǒng)濕法消解溫度不易控制，溫度偏高則造成了As和Hg的揮發(fā)，結(jié)果準(zhǔn)確度受到影響。且傳統(tǒng)濕法消解消溫度低的情況下，對(duì)于主要成分為粉煤灰及硅灰的揚(yáng)塵樣品，消解速率過(guò)慢，需要長(zhǎng)時(shí)間人為值守并控制溫度，操作繁瑣。而微波消解時(shí)間短，效率高，控制條件穩(wěn)定，自動(dòng)化和程序化大大改善了大批量樣品消解條件的一致性和穩(wěn)定性。故方法選取微波消解，提高了分析的效率和準(zhǔn)確度。

2.2 儀器分析波長(zhǎng)的選擇

為解決分析過(guò)程中的光譜干擾，實(shí)驗(yàn)按儀器推薦波長(zhǎng)對(duì)每一待測(cè)元素選擇至少4條譜線以上，在測(cè)量完成后的光譜結(jié)果中對(duì)于每一元素的所有譜線橫向?qū)Ρ?，?yōu)選分析譜線，主要規(guī)避了共存元素造成的重疊干擾和其他背景干擾，并參考譜線相對(duì)強(qiáng)度、信噪比及元素的質(zhì)量濃度范圍等因素。比如因?yàn)镃d在214.228 nm對(duì)砷228.810 nm譜線有嚴(yán)重干擾， As的譜線不可選擇228.810 nm；樣品中含磷較高，P在213.617 nm處對(duì)Cu 213.597的譜線干擾較大，故應(yīng)避開(kāi)Cu 213.597nm的譜線。通過(guò)對(duì)實(shí)際測(cè)得各譜線處的峰形和強(qiáng)度，篩選出待測(cè)元素的譜線如表2所示。

表2 分析元素譜線干擾及優(yōu)選譜線

2.3 標(biāo)準(zhǔn)曲線及檢出限

通過(guò)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液稀釋配制而成的混合標(biāo)準(zhǔn)系列溶液的測(cè)量，標(biāo)準(zhǔn)曲線溶液質(zhì)量濃度及工作曲線的線性關(guān)系見(jiàn)表3。重復(fù)測(cè)定空白溶液11次，得到各元素的發(fā)射強(qiáng)度，依據(jù)工作曲線斜率，計(jì)算檢出限。

表3 線性相關(guān)系數(shù)及檢出限

2.4 基體效應(yīng)

按照方法預(yù)處理程序，消解樣品得到樣品溶液，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)加入法進(jìn)行對(duì)樣品各重金屬元素含量進(jìn)行測(cè)量分析，與校正曲線法所得結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果見(jiàn)表3，可得各元素相對(duì)誤差均小于2 %，說(shuō)明方法參數(shù)下受該類樣品的基體效應(yīng)影響可以忽略，這是因?yàn)闃悠酚蓺浞嵯?，?jīng)過(guò)除硅等過(guò)程，樣品溶液的基體效應(yīng)基本消除。故在標(biāo)準(zhǔn)系列溶液配制過(guò)程中無(wú)需進(jìn)行基體匹配。

表4 校正曲線法和標(biāo)準(zhǔn)加入法測(cè)定結(jié)果對(duì)比

2.5 精密度與加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)

應(yīng)用方法確定的條件參數(shù)，實(shí)驗(yàn)對(duì)樣品進(jìn)行了加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)，由表5可見(jiàn)，Pb、Cr、Cd、As、Hg、Mn、Ni、Cu、Zn的加標(biāo)回收率均在97%～102 %之間，As和Hg的加標(biāo)回收率在95%～100%之間，說(shuō)明本方法準(zhǔn)確可靠，無(wú)基體效應(yīng)對(duì)測(cè)定結(jié)果的干擾。對(duì)隨機(jī)抽取的揚(yáng)塵樣品進(jìn)行11次平行測(cè)定，計(jì)算方法的精密度。其中As、Hg含量低于檢出限，則對(duì)樣品消解液加標(biāo)回收液進(jìn)行測(cè)定，其標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為3.96 %和4.58 %，即各元素方法測(cè)量結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)偏差均不大于4.6%，表明測(cè)定結(jié)果重復(fù)性好，具體數(shù)據(jù)如表5所示。

表5 加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)結(jié)果

表6 精密度實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3 結(jié)論

通過(guò)系列實(shí)驗(yàn)分析研究，對(duì)于粉煤灰堆場(chǎng)揚(yáng)塵樣品建立了微波消解預(yù)處理，以ICP-AES法測(cè)定其9種常見(jiàn)重金屬的分析方法。方法使用一種儀器同時(shí)測(cè)定9種重金屬元素，大大簡(jiǎn)化了分析過(guò)程，提高了速度及效率，其結(jié)果準(zhǔn)確可靠，方法檢出限滿足環(huán)保監(jiān)測(cè)要求。也可經(jīng)優(yōu)化擴(kuò)展應(yīng)用于其他金屬元素的分析測(cè)定，以及作為其他分析方法開(kāi)發(fā)的參考。