微波消解USN-ICP-OES法分析廢水中的重金屬

唐春輝

(優力勝邦質量檢測有限公司，上海 200231)

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微波消解USN-ICP-OES法分析廢水中的重金屬

唐春輝

(優力勝邦質量檢測有限公司，上海 200231)

以USN-ICP-OES為分析手段，微波消解為前處理方法，建立同時測定鉛、鎘、鉻、砷、硒、銅、鎳、汞八種重金屬元素的檢測方法。各元素回收率在83.8%～101.8%之間，相對標準偏差在1.0%～6.8%之間，檢出限在0.002～0.025 mg/L 之間。ICP-OES聯用超聲波霧化器后，明顯降低了檢出限，提高了檢測能力。微波消解法前處理與加熱板法相比較具有試劑消耗少，效率高，回收率好，二次污染少等優點。

超聲波霧化器；ICP-OES；微波消解

隨著現代工業的發展和人類生活水平的提高，越來越多的重金屬污染物被排放到地表水中，造成水中重金屬含量嚴重超過標準，威脅人類健康。準確測定廢水中重金屬的含量是廢水治理中重要的一環，對如何合理選擇治理方案，評估治理結果及后續工作的展開有著指導作用。

目前，廢水中金屬元素的測定多使用分光光度法、原子吸收光譜法(AAS)、原子熒光法(AFS)、電感耦合等離子體原子發射光譜法(ICP-AES)[1]。分光光度法、AAS法和AFS法只能單元素(或兩個元素)逐一測定，且不同元素的前處理方法各不相同，測定多個元素耗時較長，工作效率較低[2]。電感耦合等離子體發射光譜法(ICP-OES)是一種重要的多元素分析技術[3]，其具有多元素同時測定、檢出限低、精密度高、干擾小等優點，并且分析時間短，準確度高，線性范圍寬而廣范用于水中重金屬的含量的測定。

超聲霧化器是利用超聲波振動作用把樣品溶液霧化成氣溶膠，既不受載氣流速的影響，又能以很高的效率獲得霧滴顆粒小、分布窄的高質量氣溶膠，如果與加熱去溶裝置聯用，可大大改進整個儀器的分析性能，其霧化效率可達20%左右，且不易堵塞，對于大多數元素的檢出限與氣動霧化器相比可改善近1個數量級[4]。

傳統酸濕式消解法步驟繁瑣，需反復消解，試劑消耗大，費時費力，難以滿足當前環境監測工作量大的要求。而微波消解法相對來說能批量處理樣品。更簡便快速，消化效果好[5]。

1 實 驗

1.1 設備與試劑

實驗中所用到的試劑：硝酸(GR)，鹽酸(GR)，過氧化氫(AR)，L-半胱氨酸(AR)無水乙醇(GR)，均來自國藥集團化學試劑有限公司；超純水(三級以上)，Millipore Q 制備；液氬(>99.99%)，上海寶鋼普萊克斯實用氣體有限公司；20 mg/L混合離子標準物質，上海市計量測試技術研究院；20 mg/L汞標準溶液，AccuStandard，Inc。

標準曲線的配制：分別吸取0，0.25，0.5，1.25，2.5，5.0 mL 混合離子標準溶液和汞標準溶液于50 mL容量瓶中，用5% 硝酸定容至刻度，最終濃度分別為0.00，0.10，0.20，0.50， 1.00，2.00 mg/L的標準溶液。0.01% L-半胱氨酸溶液：稱取0.1 g L-半胱氨酸用去離子水溶解并定容至1 L。在ICP分析時用利用“Y”型接頭與樣品同時進樣。用于改善汞的分析結果。

實驗中所用的設備：ETHOS1微波消解系統，Milestone Company；720-OES電感耦合等離子體發射光譜儀，Varian Company；U-5000AT+超聲波霧化器，CETAC Company；Millipore Q，Millipore Company。

1.2 實驗步驟

吸取25 mL廢水于微波消解罐中，然后加入2.5 mL 硝酸+2.5 mL 鹽酸+2 mL 過氧化氫。另取1個消解罐做空白測試。按微波消解儀操作手冊安裝消解罐。設置消解程序，功率1000 W，15 min內升溫至180 ℃，然后保持15 min。消解完成后，待消解罐冷卻至室溫后在通風柜內打開消解罐，用去離子水定容到50 mL。

用Varian 720 -ES 型全譜直讀電感耦合等離子體發射光譜儀，搭配超聲波霧化器分析8個重金屬元素。

1.3 USN-ICP-OES分析參數設置

超聲波霧化器溫度設置：高溫為140 ℃，低溫為3℃。進樣管的進樣端接個“Y”型接頭，分別進樣品溶液和L-半胱氨酸溶液。

設置高頻發生器功率為1.3 KW，霧化器壓力280 KPa，等離子氣流量18 L/min，蠕動泵速17 rpm，輔助氣流量為2.25 L/min。

2 微波消解-USN-ICP-OES法測定廢水重金屬的線性范圍、準確度、精密度和檢出限

2.1 線性范圍

用濃度為0.00 mg/L，0.10 mg/L，0.20 mg/L，0.50 mg/L，1.00 mg/L，2.00 mg/L的標準溶液，做標準曲線。

表1 各元素的曲線擬合方程

根據《污水綜合排放標準》第一類污染物最高允許排放濃度要求，各重金屬的限值在0.05～1.5 mg/L，因此選擇以上個濃度點來做標準曲線。并且由上表可見，待測的8個重金屬的相關系數全都大于0.995，該線性范圍完全適合本實驗。

2.2 準確度

加標回收率是化學分析驗證過程中常用的判斷分析結果準確度的指標。取25 mL廢水樣品加入2.5 mL 硝酸+2.5 mL 鹽酸+2 mL 過氧化氫，設置消解程序，功率1000 W，15 min內升溫至180 ℃，然后保持15 min。消解完成后，待消解罐冷卻至室溫后在通風柜內打開消解罐，用去離子水定容至50 mL。然后使用ICP-OES搭配超聲波霧化器測定加標回收率。實驗結果見表2。

表2 加標回收率實驗結果

通過在實際樣品中加標可以匹配樣品基質對測試的影響，由表2可見，微波消解，ICP-OES搭配超聲波霧化器分析廢水中的8個重金屬的回收率在83.8%～101.8%之間，分析結果良好。

2.3 精密度

分別用加標濃度為0.05 mg/L、1.0 mg/L和5.0 mg/L的不同濃度點做精密度實驗(n=7)，結果見表3。

表3 各加標點的實驗結果

用不同濃度點做精密度可以考察本方法對不同樣品中各元素含量差異的適用性和方法本身的穩定性，由表3可知，3個不同濃度的的測試結果都在標準值附近，且相對標準偏差在1.0%～6.8%之間，均小于10%，精密度較高符合分析的要求。

2.4 檢出限

方法檢出限指經過某一檢測方法的整個處理過程后，一個確定的可以檢出的濃度數值，該濃度數值儀器響應明顯區分于空白樣品的概率為99%。方法檢出限指通過分析檢測連續的11個測試空白進行計算。計算公式為：MDL=3 s，s指連續11個測試空白的標準偏差，結果見表4。

表4 各元素的檢出限

各元素的檢出限在0.002～0.025 mg/L之間，遠低于《污水綜合排放標準》第一類污染物最高允許排放濃度要求中各種金屬的限值，符合分析要求。

3 結 論

微波消解USN-ICP-OES法是測定廢水中重金屬的有效方法。該方法與傳統酸濕式消解法相比消解時間短，試劑消耗少并且有較好的精密度和準確度，加標回收率結果滿意，檢出限低，完全滿足當前環境監測中測定廢水中重金屬含量的要求。

[1] 陳多宏, 高博, 畢新慧, 等. 典型電子垃圾拆解區大氣顆粒物中元素污染的季節變化特征[J]. 環境監測管理技術, 2010, 22(4): 19-22.

[2] 榮偉杰, 武西岳, 陳運生. 微波高壓絡合消解石墨爐原子吸收分光光度法測定環境空氣中銻[J]. 中國環境監測, 2007, 23(4): 51-54.

[3] 黃宗平. ICP-AES 法測定潤滑油中微量元素的評述[J]. 現代科學儀器, 2005(2): 61-63.

[4] 田梅, 韓小元, 卓尚軍, 等. 雙鉑網霧化和超聲霧化進樣系統對ICP-AES分析性能的影響[J]. 光譜學與光譜分析, 2012, 32(5): 1376-1380.

[5] 楊文杰, 麥錦歡,區益良. 微波消解-ICP法測定工業廢水中的重金屬[J]. 廣東化學, 2015, 42(8):178-179.

Determination of Heavy Metal Content in Wastewater by Microwave Digestion with USN-ICP-OES

TANGChun-hui

(UL VS Shanghai Limited, Shanghai 200231, China)

A test method was established for determination of lead, cadmium, chromium, arsenic, selenium, copper, nickel, mercury at same time, by using USN-ICP-OES for analysis and microwave digestion method for pre-treatment. The recoveries of elements were between 83.8% to 101.8%, the relative standard deviations were between 1.0% to 6.8%, and the detection limit was between 0.002 to 0.025 mg/L, met the analysis requirements. The result showed that ICP-OES combined with an ultrasonic nebulizer can significantly lower detection limits, improved detection capabilities. Microwave digestion pretreatment consumed less reagents, shorten reaction time, high efficiency, good recovery and less secondary pollution compared with hot plate method.

ultrasonic nebulizer; microwave digestion; ICP-OES

O652.1

B

1001-9677(2016)023-0104-03