水泥窯協(xié)同處置固廢中硒元素的測(cè)定方法探討

劉喬，李慧勝，時(shí)玉珍

近日有毒大米引起了人們的關(guān)注，這些大米反映出來(lái)的不僅僅是食品安全的問(wèn)題，更反映了我國(guó)土壤重金屬嚴(yán)重污染的現(xiàn)狀，因此，如何有效治理土壤重金屬污染成為科研人員亟待解決的問(wèn)題。目前，國(guó)土資源部正在著手繪制重金屬元素的“人類(lèi)污染圖”，以摸清我國(guó)土壤污染的狀況。按照國(guó)務(wù)院部署，有關(guān)部門(mén)開(kāi)展了歷時(shí)6年的全國(guó)土壤污染狀況調(diào)查。結(jié)果表明，全國(guó)土壤環(huán)境狀況必須引起高度重視，工礦業(yè)、農(nóng)業(yè)等生產(chǎn)與人為活動(dòng)是造成土壤污染的主要原因。對(duì)于水泥企業(yè)來(lái)說(shuō)，煅燒污泥、廢棄物成為一種趨勢(shì)，這些危險(xiǎn)的廢棄物或污泥的處置已成為國(guó)家可持續(xù)發(fā)展中的一項(xiàng)重要工作。

硒元素屬于非金屬元素，但是具有重金屬的普遍特性：流動(dòng)性強(qiáng)并容易在環(huán)境、農(nóng)作物和生物中發(fā)生富集，硒的多少對(duì)我們的環(huán)境與健康而言都是不容忽視的。美國(guó)環(huán)保局將含硒廢物歸類(lèi)為危險(xiǎn)物質(zhì)，同時(shí)在多項(xiàng)有關(guān)的環(huán)境法規(guī)中規(guī)定了硒含量的限值。近幾年來(lái)我國(guó)硒的用量增長(zhǎng)很快，已成為硒的凈進(jìn)口國(guó)，向環(huán)境中排放的硒也越來(lái)越多。水泥窯煅燒廢棄物時(shí)，污泥和物料中硒元素的含量對(duì)環(huán)境可能造成的影響正逐步受到重視。目前，測(cè)定硒含量的方法主要有2，3-二氨基萘熒光法、石墨爐原子吸收法、催化極譜法、高效液相色譜法和氫化物發(fā)生原子熒光法等。而原子熒光光譜法具有靈敏度高、干擾少、操作簡(jiǎn)便、工作曲線線性范圍寬等優(yōu)點(diǎn)。本方法使用氫化物發(fā)生-原子熒光光譜法測(cè)定水泥窯協(xié)同處置污泥中硒元素的含量，使硒的測(cè)定靈敏度大大提高，檢出限為0.04μg/L，污泥中加標(biāo)回收率為82.8%～102.5%，直線相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.9994以上，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為3.0%～10.2%。

表1 載流液酸種類(lèi)比較

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器

（1）分析天平，精確到0.0001g。

（2）可調(diào)溫多孔水浴鍋。

（3）原子熒光光譜儀：北京吉天AFS920。

1.2 試劑

（1）硝酸（優(yōu)級(jí)純）

（2）鹽酸（優(yōu)級(jí)純）

（3）1+1倒王水混合酸（V/V）：硝酸+鹽酸=3+1

（4）硼氫化鉀（12 g/L）：稱取6.0g硼氫化鉀，溶于氫氧化鉀（4 g/L）中，然后定容至500mL。

（5）鐵氰化鉀溶液（80 g/L）：稱取8.0g鐵氰化鉀，溶于100mL水中，混勻。

（6）硒標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液：使用移液管準(zhǔn)確量取1mL濃度為100μg/mL的硒標(biāo)準(zhǔn)溶液（市售），用10%鹽酸溶液稀釋至刻度，搖勻。此儲(chǔ)備液濃度為每毫升含1μg硒。

（7）硒標(biāo)準(zhǔn)工作液：準(zhǔn)確量取0.25mL硒標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液于50mL的容量瓶中，加入鐵氰化鉀溶液，再用10%的鹽酸稀釋至刻度，搖勻。此標(biāo)準(zhǔn)工作液為每升中含5μg的硒。現(xiàn)用現(xiàn)配。

圖1 使用10%鹽酸測(cè)定的硒工作曲線

表2 載流液酸度比較

表3 兩種溶解酸的比較

（8）超純水，18.23MPa。

（9）氬氣，高純。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 方法原理

樣品經(jīng)預(yù)處理，在熱混合酸作用下，各種形態(tài)的硒均轉(zhuǎn)變成Se4+，然后用強(qiáng)還原劑硼氫化鉀將硒還原為氣態(tài)的氫化物，用載氣導(dǎo)入原子化器，以硒無(wú)極放電燈作激發(fā)光源，硒原子受光輻射激發(fā)產(chǎn)生熒光，測(cè)量熒光信號(hào)的峰值，利用熒光強(qiáng)度在一定范圍內(nèi)與溶液中硒含量成正比的關(guān)系計(jì)算樣品中的硒含量。

1.3.2 樣品預(yù)處理

準(zhǔn)確稱取樣品0.3g,精確到0.0001g，置于干燥的50mL比色管中，加入10.0mL1+1倒王水混合酸，加蓋消化過(guò)夜。次日于多孔水浴鍋中水浴加熱，溫度設(shè)定為100℃。加熱1.5h，期間需要搖動(dòng)樣品2～3次。取出，冷卻，用水定容，搖勻，靜置。

1.3.3 原子熒光光譜儀工作條件

光電倍增管負(fù)高壓：330V；硒空心陰極燈電流：80mA；爐高：8mm；載氣流量：900mL/min；屏蔽氣流量：300mL/min。

2 結(jié)果與討論

2.1 載流液酸種類(lèi)與酸度比較

樣品溶液通過(guò)載流液的運(yùn)送，進(jìn)入原子熒光儀內(nèi)部，進(jìn)行原子化程序。分別將硝酸、鹽酸和硫酸作為載流液進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)采用鹽酸標(biāo)準(zhǔn)空白偏低，標(biāo)準(zhǔn)溶液熒光值達(dá)到較佳狀態(tài)，曲線相關(guān)性較好。通過(guò)表1比較發(fā)現(xiàn)，三種不同種類(lèi)酸中，鹽酸作為介質(zhì)效果較好。而表2的不同酸度比較顯示，采用10%鹽酸原子化效果最好，故本實(shí)驗(yàn)選定10%鹽酸溶液作為載流液。

2.2 溶樣方式及溶解酸組合探討

樣品溶解效果好壞直接影響測(cè)定結(jié)果的準(zhǔn)確度。本項(xiàng)目通過(guò)對(duì)項(xiàng)目涉及樣品進(jìn)行大量的微波消解法和沸水浴王水及倒王水酸體系溶解法溶樣效果比對(duì)試驗(yàn)，決定放棄微波消解樣品后再行趕酸處理樣品的溶樣方式，采用了硝酸及鹽酸兩種酸組合來(lái)溶解樣品，從表3可以看出，采用1+1倒王水酸組合水浴消解樣品，樣品溶解效果明顯好于王水酸組合，其原因是倒王水中強(qiáng)氧化性的足量硝酸更能使樣品中有機(jī)質(zhì)溶解，最大程度地提取出硒元素。整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程時(shí)間短，測(cè)定結(jié)果好。

2.3 還原劑的選擇

在設(shè)定一定濃度的硼氫化鉀溶液中，改變氫氧化鉀濃度，測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)溶液和樣品；同理于改變硼氫化鉀的濃度。結(jié)果表明，氫氧化鉀濃度為0.4%（見(jiàn)表4），硼氫化鉀濃度為1.2%（見(jiàn)圖2），硒的熒光強(qiáng)度較高，信號(hào)穩(wěn)定。硼氫化鉀濃度過(guò)低時(shí)，對(duì)硒的還原能力不夠；濃度過(guò)高，會(huì)產(chǎn)生大量氫氣，對(duì)硒有稀釋作用。

2.4 原子熒光光譜儀負(fù)高壓的選擇

隨著負(fù)高壓的升高，熒光強(qiáng)度隨之升高，但是從330V開(kāi)始，升高幅度降低，接近平穩(wěn)，因此選擇330V作為硒測(cè)定負(fù)高壓強(qiáng)度（圖3）。

2.5 載氣量和屏蔽氣量的選擇

從圖4、圖5可以看出，隨著載氣量的加大，熒光強(qiáng)度先增后降，所以采用300mL/min作為載氣流量；隨著屏蔽氣的加大，熒光強(qiáng)度緩慢上升后下降，因此確定900mL/min作為屏蔽氣流量。

表4 KOH濃度實(shí)驗(yàn)比較

圖2 KBH4濃度實(shí)驗(yàn)圖

圖3 負(fù)高壓條件實(shí)驗(yàn)

圖4 載氣流量條件實(shí)驗(yàn)

圖5 屏蔽氣流量條件實(shí)驗(yàn)

2.6 干擾的消除

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，Cu、Pb、Cr、Co、Ni等元素對(duì)待測(cè)元素會(huì)有干擾，而其他堿金屬等元素含量在100μg/g以下時(shí)干擾較小，通過(guò)加入鐵氰化鉀可消除上述干擾。而加入硫脲和抗壞血酸的混合溶液或加入上述三種物質(zhì)的混合溶液的消除效果都遜于前者。

2.7 燈電流和爐高的選擇

熒光強(qiáng)度與激發(fā)光源的輻射強(qiáng)度即燈電流成正比，即燈電流越大，熒光強(qiáng)度越高，但儀器信噪比也越大。燈電流選擇80mA信號(hào)強(qiáng)且穩(wěn)定。

2.8 檢出限

按照選定的試驗(yàn)方法和儀器條件，對(duì)樣品空白溶液連續(xù)測(cè)定11次，用標(biāo)準(zhǔn)偏差的3倍與工作曲線斜率倒數(shù)的積計(jì)算出，方法檢出限為0.04μg/L。

2.9 精密度、準(zhǔn)確度及加標(biāo)回收率

使用本方法對(duì)水系沉積物、土壤和多金屬礦標(biāo)準(zhǔn)樣品進(jìn)行大量測(cè)定（見(jiàn)表5），其測(cè)定結(jié)果均在國(guó)標(biāo)要求的不確定度標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為3.0%～10.1%（n=10）。對(duì)廢棄物、污泥等樣品進(jìn)行回收率測(cè)定，分別加入4、5、8、10、20μg/L的硒標(biāo)準(zhǔn)溶液，平行測(cè)得回收率為82.8%～102.5%（見(jiàn)表6、表7）。

表5 標(biāo)準(zhǔn)樣品測(cè)定結(jié)果準(zhǔn)確度及精密度

表7 廢棄物、污泥樣品回收率測(cè)定值

3 結(jié)論

通過(guò)比較實(shí)驗(yàn)條件和優(yōu)化儀器條件，采用沸水浴酸溶解樣品的方式以及氫化物發(fā)生-原子熒光法對(duì)廢棄物中的硒元素進(jìn)行測(cè)定，具有操作簡(jiǎn)便、檢出限低、靈敏度高、重現(xiàn)性好、干擾少等特點(diǎn)，能夠滿足水泥窯處置固體廢棄物的分析要求。

[1]謝海濤.原子熒光光譜法測(cè)定背景土壤中的硒[J].環(huán)境科學(xué)導(dǎo)刊，2008,27（4）：95-96.

[2]武學(xué)軍,祝建國(guó),王玉功,何燕,等.氫化物發(fā)生-原子熒光光譜法自動(dòng)進(jìn)樣快速測(cè)定非金屬礦中的硒[J].分析測(cè)試技術(shù)與儀器,2007,13（3）.

[3]國(guó)家環(huán)保局《水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法》編委會(huì).水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法（第四版）[M].北京：中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社，2002.

[4]黃勇,陳蓓.水浴消解法測(cè)定土壤中的汞[J].中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)，2007（3）.■