郁 浩
(健研檢測集團有限公司,福建 廈門 361100)
“十三五”以來,重金屬污染防控取得積極成效,但是一些地區(qū)和行業(yè)的重金屬污染,特別是含重金屬廢水的污染問題仍然很突出。鉻是一種國家環(huán)保領(lǐng)域重點防控的重金屬污染物,含鉻廢水在工業(yè)廢水尤其是皮革廢水中的占比很大,排入環(huán)境水體的鉻元素具有較大毒性,人體長期攝入三價鉻,會損害其抗氧化系統(tǒng),容易得糖尿病、高血壓、腫瘤異常增生等疾病,攝入六價鉻還會損害皮膚,導(dǎo)致皮炎、咽炎等,并損害人體消化系統(tǒng),引發(fā)胃炎、胃潰瘍和腸道潰瘍等疾病,甚至導(dǎo)致癌癥[1]。
鑒于鉻對環(huán)境和人體健康具有持久危害性和潛在危險性,需要針對性地解決含鉻廢水污染問題,因此準確測定出廢水中的總鉻含量具有重要意義。廢水總鉻含量的傳統(tǒng)檢測方法主要有分光光度法[2]、火焰原子吸收分光光度法[3]、電感耦合等離子體發(fā)射光譜法[4-6]、電感耦合等離子體質(zhì)譜法[7]等。但這些方法需要經(jīng)過一系列反應(yīng)后加入顯色劑顯色,或加入鹽酸、硝酸等強酸進行消解處理,檢測步驟相對復(fù)雜,且試驗過程會產(chǎn)生有害廢液。而X射線熒光光譜法(X Ray Fluorescence,XRF)是一種近年來發(fā)展較快的重金屬測定技術(shù),已廣泛應(yīng)用于環(huán)境檢測領(lǐng)域,如空氣廢氣中重金屬含量的檢測、土壤中重金屬含量的檢測等。其原理是當(dāng)放射源(如X射線管)發(fā)出的X射線照射到待測樣品時,待測元素原子核外的電子會被激發(fā),產(chǎn)生二次X射線(X射線熒光),不同元素具有不同的特征能量或波長,與待測樣品中的元素含量在一定范圍內(nèi)呈現(xiàn)良好的線性關(guān)系[8]。有別于傳統(tǒng)檢測方法,X射線熒光光譜法具有檢測步驟簡單、分析時間快、非接觸性、分析精度高等優(yōu)點,在廢水快速檢測方面具有較好的適用性[9]。本文基于能量色散型X射線熒光光譜儀,通過條件優(yōu)化,建立一種用于檢測皮革廢水中總鉻含量的X射線熒光光譜法,并評價方法的檢出限、精密度、正確度等方法性能指標。
儀器采用日本島津EDX-LE能量色散型X射線熒光光譜儀;溶液為1 000 mg/L水中鉻溶液標準物質(zhì),來源為環(huán)保部標準樣品研究所。符合《分析實驗室用水規(guī)格和試驗方法》(GB/T 6682-2008)中二級水要求的實驗室用水。
用移液管移取5.0 mL鉻標準溶液(1 000 mg/L),加入50 mL容量瓶,加水定容至刻度線,得到100 mg/L中間濃度鉻標準使用溶液。再用移液管分別移取0.1 mL、0.2 mL、0.5 mL、1.0 mL、2.0 mL的中間濃度鉻溶液(100 mg/L),再分別加入10 mL容量瓶,再用水定容至刻度線,分別得到1 mg/L、2 mg/L、5 mg/L、10 mg/L、20 mg/L五個濃度水中鉻標準溶液,備用。
本文使用的能量散射型X射線熒光光譜主要有“X射線管電壓”、“X射線管電流”、“積分時間”三個儀器參數(shù)需進行條件優(yōu)化,其它儀器參數(shù)可使用儀器默認設(shè)置。采用100 mg/L標準溶液作為試驗介質(zhì),以鉻元素的信號強度變化情況為依據(jù),進行三組正交試驗,結(jié)果如表1所示。鉻元素信號強度變化曲線見圖1。
表1 鉻元素正交試驗結(jié)果表
圖1 鉻正交試驗信號強度變化曲線
根據(jù)正交試驗結(jié)果信號變化情況,各元素的信號值一般隨積分時間增加而增強,但超過100 s后增強的幅度明顯減小,考慮整個分析過程的時間效率,可統(tǒng)一設(shè)置為100 s。
1.4.1 儀器準備
(1)打開EDX-LE能量色散型X射線熒光光譜儀電源,待儀器自檢完成后,打開分析軟件,點擊啟動界面“初始化”按鈕,等待儀器初始化完成。(2)點擊啟動界面“Xray On”打開X射線管電源,等待X射線管穩(wěn)定約15分鐘。(3)打開樣品室蓋,將校正樣品置于測量窗上,關(guān)閉樣品室蓋,點擊能量檢查界面“測試”按鈕,對X射線管進行能量校正,校正結(jié)束后取出校正樣。
1.4.2 分析條件設(shè)置
(1)打開PCEDX軟件菜單,進入條件設(shè)置界面,設(shè)置測試組條件如下:準直器(3 mm),氛圍(Air),化合物形式(金屬)。(2)點擊“元素周期表”按鈕,選擇鉻元素。(3)進入分析信息界面,點擊“測試條件”按鈕,設(shè)置測試條件如下:電壓(50 kV),電流(100 μA),濾光片(#5),積分時間(Live Time 100 s)。
1.4.3 樣品測試
(1)將水樣直接倒入樣品杯,杯口附上麥拉膜并壓緊杯蓋防止水樣溢出。(2)打開儀器樣品室蓋將樣品杯置于測量窗上,并關(guān)閉樣品室蓋,進入分析界面,點擊“開始”按鈕,待倒計時結(jié)束完成樣品分析,保存分析數(shù)據(jù)并取出樣品。
五個濃度的鉻標準溶液,按照1.4所述試驗方法,依次放入X射線熒光光譜儀分析,建立鉻標準曲線,曲線方程為y=0.014 7x+0.082 9,相關(guān)系數(shù)(R2)=0.999 1。各校準點的濃度與對應(yīng)的光譜強度見表2。
表2 鉻元素校準曲線
采用標準偏差法計算本文方法的檢出限,同時分析7個低濃度的平行樣,用3.14倍的標準偏差作為檢出限,得到的結(jié)果見表3。
表3 檢出限 單位:mg/L
試驗過程按照樣品分析步驟進行,參照《環(huán)境監(jiān)測分析方法標準制訂技術(shù)導(dǎo)則》(HJ 168-2020)精密度的驗證要求,對高(校準曲線線性范圍上限90%附近的濃度或含量)、中(校準曲線中間點附近濃度或含量)、低(測定下限附近的濃度或含量)3個不同濃度或含量的統(tǒng)一樣品,每個樣品平行測定6次,分別計算各濃度或含量樣品測定的平均值、標準偏差、相對標準,得到的結(jié)果見表4。
表4 精密度
由表4可知,在低、中、高三個濃度條件下,每組數(shù)據(jù)的相對標準偏差均小于8%,表明本試驗方法具有較好的穩(wěn)定性。
對實際濃度為3.1 mg/L,加標濃度為6.1 mg/L的樣品,按照本文方法分別進行6次重復(fù)試驗,并計算方法的正確度,得到的結(jié)果見表5。
表5 正確度
由表5可知,加標回收率在90%~110%范圍之間,表明本試驗方法具有較好的正確度。
本文所建立的檢測總鉻含量的X射線熒光光譜法,鉻元素的檢出限為0.22 mg/L,低、中、高三組實際樣品重復(fù)試驗的相對標準偏差均小于8%,加標回收率范圍在90%~110%之間,表明本方法具有良好的精確度和正確度。采用本方法檢測皮革行業(yè)廢水的鉻含量,無需進行前處理試驗即可直接分析樣品,每個樣品分析約耗時5分鐘,相比于傳統(tǒng)檢測方法,本文建立的檢測方法是一種快速高效的檢測方法,可有效應(yīng)用于皮革行業(yè)廢水的快速檢測。