濕法消解結合ICP—OES測定生活垃圾中的重金屬

范成英 徐晨杰

摘要：將當前常用的幾種生活垃圾全量重金屬消解方法進行比對，然后著重研究快速消解的前處理過程，從酸體系、加熱時間、加熱溫度過程等因素探索不同條件下對生活垃圾消解過程的影響，并確定快速消解生活垃圾中重金屬總量的合適條件，從分析結果精密度和準確度進行對比分析，并綜合考慮時間、安全、經濟成本比較，得出最佳消解條件。

關鍵詞：快速消解；消解條件；重金屬

1、儀器和設備

36位石墨消解儀（美國EE，SC 191）

ICP-OES（美國瓦里安720-ES）

分析天平（瑞士梅特勒公司），精度0.1mg

微波消解爐（美國CEM公司，MARSS）

電熱板（天津泰斯特有限公司）

聚四氟乙烯杯

2、試劑

硝酸，優級純

高氯酸，優級純

氫氟酸，優級純

雙氧水，優級純

高純氬氣

100mg/L Pb、cd、cr、AS單元素標準溶液

3、工作溶液的配制

分別移取0.2mL Pb、cd、cr、As單元素標準溶液于100mL容量瓶中，然后用體積分數5%的硝酸溶液定容至標線后搖勻待測。

4、二種消解方法比較

4.1電熱板加熱法。

鉛、鎘、鉻：準確稱取0.3000g（精確至0.0001g）標準樣品于50mL的聚四氟乙烯杯中，用水潤濕后加入10mL（1+1）硝酸，蓋上表面皿于電熱板上加熱10min，冷卻后再加入5mL濃硝酸，蓋上表面皿加熱30min。此時的棕色煙霧為硝酸氧化試樣所產生，重復此步聚，每次加硝酸5mL，直至無棕黃色煙霧產生，表示消解反應完成，冷卻后加入少量去離子水及過氧化氫，加10mL，繼續加熱至溶液大約5mL，加入10mL濃鹽酸，蓋上表面皿加熱15min，冷卻，過濾定容至50mL容量瓶中，用蒸餾水洗滌數次，并將洗滌液移入容量瓶，定容，搖勻，待測。砷：稱取約0.3g的試樣（精確0.0001g）于100mL錐形瓶中，加入2mL高氯酸，5mL濃硝酸搖勻，蓋上表面皿，移至電熱板上加熱分解，待高氯酸白煙冒盡后，取下錐形瓶稍冷，加入5mL（20%）鹽酸溶液繼續加熱至棕褐色煙霧冒盡，取下，冷卻到室溫，過濾與定容至50mL容量瓶中，用蒸餾水洗滌數次，并將洗滌液移入容量瓶，定容，搖勻，待測。

4.2快速消解法。

鉛、鎘、鉻、砷：準確稱取約0.3g的試樣（精確0.0001g）樣品于50mL帶蓋和刻度的塑料離心管中，記錄稱樣量，用適量水水潤濕樣品，加入1.0mL鹽酸+1.0mL硝酸+2.0mL氫氟酸，搖勻，放入125度恒溫石墨消解爐上，回流加熱約1小時，取下稍冷，用去離子水定容至50mL，搖勻，靜置約一小時后（離心或過濾均可），取上清液檢測。

通過上表可以看出，濕法快速消解所需前處理鉛、鎘、鉻、砷可以一起消解，試劑消耗量相對也較少，所需器皿最少，整個過程不需要轉移，操作簡單，最關鍵的是引入的本底最小，可能造成的損失和污染也最小同時精密度在3.2%～6.8%范圍內，準確度在94.0%～105.4%范圍內，可見準確性高，重復性好。

5、濕法快速消解最優消解條件的研究

準確稱取約0.3g的試樣（精確0.0001g）樣品于50mL帶蓋和刻度的塑料離心管中，通過調節加入酸的體系、消解時間、消解溫度，對生活垃圾樣品進行消解，反應結束后，定容靜置，取上清液檢測。同時做空白。使用ICP-OES在各金屬的特征譜線下，測定發射強度，用標準曲線法分別計算出生活垃圾中五種重金屬的含量。準確性測定方法：加標回收率是化學分析中常用的判斷分析結果準確度的量化指標。用的方法對制好的生活垃圾樣品進行加標回收率實驗。消解時，稱取兩份相同量的樣品加入消解管中，并往其中一份加入濃度為2mg/L的4種重金屬混合標準溶液，放入消極器中消解，待反應結束取出冷卻，定容，使用ICP-OES測定生活垃圾中4種重金屬的加標回收率。

5.1消解酸體系對結果的影響。

主要采用HNO3-HF體系，并研究體系中加入H202與HC1對準確度的影響。

酸體系1：1.0mL硝酸+2.0mL氫氟酸-1.0c1：酸體系2：1.0mL硝酸+3.0mL氫氟酸；酸體系3：1.0mL硝酸+1.0mL氫氟酸-1.0H202。

由表3可見，使用酸體系1、2時，準確性都達到94.5%以上，足夠的硝酸有充分的H+釋放生活垃圾中各個存在形態的重金屬，適量的氫氟酸可以充分釋放生活垃圾難容晶格中的金屬離子，雙氧水的氧化性還不能足夠促進消解過程生活垃圾中有機質完全反應。酸體系相對于酸體系2可以減少HF酸的用量，避免了趕酸效果不佳導致ICP-OES矩管被腐蝕的可能。雖然因為HF酸的量的原因，酸體系2的準確性略高于酸體系1但是酸體系1消解樣品時的安全性要高于酸體系2，且對ICP-OES的損害較小，所以本實驗室中，酸體系1是最佳選擇。

5.2消解溫度的影響。

消解溫度是影響消解效果的重要因素。本實驗主要考察采用酸體系1，分別在110、120、130、140℃各個溫度下準確性的變化趨勢。

消解溫度直接影響消解液的消解活性，溫度的高低直接決定酸與生活垃圾中物質的反應程度。由此可見，消解溫度在130-140時，生活垃圾中的重金屬加標回收率均達到95%以上。從節能經濟的角度考慮，130為最佳消解溫度。

5.3消解時間的影響。

消解時間是影響消解效果的重要因素。本實驗主要考察采用酸體系1、消解溫度為125，分別消解30min、45min、60min、75min，觀察不同消解時間下準確度的變化趨勢。

消解的時間直接決定了消解液與樣品接觸時間，合適的時間長度能夠保證樣品與混合酸的反應程度，更有效的釋放生活垃圾中各種形態的重金屬。由數據可知當升溫到130度時，保持60min，樣品消解的準確性達到了95%以上，效果良好。保持7 5min時，準確度與保持60min時差別不大，故保持60min為最佳的保持時間。快速消解法在測定生活垃圾中重金屬全量的最佳工作條件為：酸體系：1.0mL硝酸+2.0mL氫氟酸-1.0HC1，消解溫度：130℃，消解保持時間60mim。該方法操作簡單，強酸用量少，安全性高，重現性好，消解液一般情況下較清澈，不需要過濾。方法的測定結果與標準方法進行比較，精密度、準確度都達到了要求，相對于標準方法的繁瑣與污染，本方法有很大的優勢。