微波消解電感耦合等離子體發射光譜法測定空氣和廢氣顆粒物中的鉻、銅、鎳

顧曉明 秦宏兵 朱君

摘 要：用微波消解法對空氣濾膜和廢氣濾筒進行前處理，通過電感耦合等離子體發射光譜法測定了鉻、銅、鎳的濃度，并對測定結果進行了分析。結果表明，對空氣樣品中鉻、銅、鎳分析時微波消解法的檢出限分別為0.006μg/m3、0.003μg/m3、0.04μg/m3，精密度分別為1.5%、3.2%、3.5%，加標回收率分別為104%、105%、103%。對廢氣樣品中鉻、銅、鎳分析時，微波消解法的檢出限分別為2.0μg/m3、0.8μg/m3、1.0μg/m3，精密度分別為3.5%、4.4%、4.3%，加標回收率分別為104%、107%、106%。同時對有證濾膜進行了測定，結果均合格。微波消解法測定的鉻、銅、鎳含量有較好的檢出限、精密度和準確度，與電熱板消解法不存在顯著性差異，均適用于空氣和廢氣顆粒物中的鉻、銅、鎳的測定。

關鍵詞：微波消解；電感耦合等離子體發射光譜法；顆粒物；濾膜；濾筒；重金屬

中圖分類號 O657.31 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731（2018）13-0091-03

Abstract：The air filter membrane and exhaust gas filter cartridge were pretreated by microwave digestion，and the concentration of chromium，copper and nickel was determined by inductively coupled plasma atomic emission spectrometry，and the results are analyzed.The detection limits of microwave digestion in the analysis of chromium，copper and nickel in the air samples were 0.006，0.003，and 0.04g/m3 respectively，and the precision was 1.5%，3.2% and 3.5%，respectively，and the recovery rates were 104%，105% and 103%，respectively.The detection limits of the microwave digestion method for the analysis of chromium，copper and nickel in the waste gas samples were 2，0.8，and 1 g/m3 respectively，and the precision was 3.5%，4.4% and 4.3% respectively，and the recovery rates were 104%，107% and 106%，respectively.Meanwhile，the measured results of certified filter membrane were all qualified.It is found that the content of chromium，copper and nickel determined by microwave digestion method has good detection limit，precision and accuracy，and there is no significant difference from the electrothermal plate digestion method.It is suitable for the determination of chromium，copper and nickel in air and waste gas particles.

Key words：Microwave digestion；ICP-AES；Particulate matter；Membrane；Filter cartridge；Heavy metal

環境空氣和廢氣中的重金屬元素主要來源于土壤、機動車尾氣、居民取暖及工業廢氣的排放[1]，經過氣流傳輸、沉降及呼吸深入到人體肺部的氣體交換器官，對人體造成潛在的危害。目前，測定環境空氣中重金屬含量的主要方法有原子吸收光譜法、原子熒光光譜法、電感耦合等離子體發射光譜法、電感耦合等離子體質譜法[2～7]等。

空氣和廢氣顆粒物中的鉻、銅、鎳濾膜及濾筒的消解方法主要采用電熱板消解法，該方法對溫度控制的要求較高，需將加熱的溫度控制在（100±5）℃，且要加蓋回流防止金屬組分揮發。而微波消解具有用酸量小，消解速度快，消解比較完全，易揮發元素不易損失等優點。筆者使用微波消解法對空氣濾膜和廢氣濾筒進行預處理后上機分析，方法的精密度和準確度滿足測定要求[8～13]。

1 實驗部分

1.1 主要儀器與試劑 電感耦合等離子體發射光譜儀（美國安捷倫公司，Agilen725t-OES）；微波消解儀（意大利Milestone，ETHOSD）；電熱板（德國Labtech，EG37R可控溫電熱板）；硝酸、鹽酸、過氧化氫、氫氟酸、高氯酸（蘇州晶銳，優級純）；多元素標準貯備溶液（質量濃度為100mg/L）。濾膜質量控制樣品（中國安全生產科學研究院，批號20170701）；實驗用水為：密理博MILLI-Q純水儀所制超純水。

1.2 方法原理 將采集到合適濾材上的空氣和廢氣顆粒物樣品經微波消解后，用電感耦合等離子體發射光譜法（ICP-OES）測定各金屬元素的含量。消解后的試樣進入等離子體發射光譜儀的霧化器中被霧化，由氬載氣帶入等離子體火炬中，目標元素在等離子體火炬中被氣化、電離、激發并輻射出特征譜線。在一定濃度范圍內，其特征譜線強度與元素濃度成正比。

1.3 試樣制備 取適量濾膜或濾筒樣品（例如：大流量采樣器矩形濾膜可取1/4，或截取直徑為47mm的圓片；小流量采樣器圓濾膜取整張，濾筒取整個），用陶瓷剪刀剪成小塊置于微波消解容器中，加入20.0mL硝酸-鹽酸混合消解液，使濾膜（濾筒）碎片浸沒其中，加蓋，置于消解罐組件中并旋緊，放到微波轉盤架上。設定消解溫度為200℃，消解持續時間為15min。消解結束后，取出消解罐組件，冷卻，以水淋洗微波消解容器內壁，加入約10mL水，靜置0.5h進行浸提。將浸提液過濾到100mL容量瓶中，用水定容至100mL刻度，待測。當有機物含量過高時，可在消解時加入適量的過氧化氫以分解有機物。

2 結果與分析

2.1 儀器工作參數優化 實驗通過優化射頻功率，冷卻氣、霧化氣和輔助氣流量，泵流速等參數，以期獲得對大多數元素都理想的條件。對于多元素同時檢測，降低各元素間的相互干擾是方法的關鍵。試驗在參考有關研究的基礎上[9-13]，每個元素選取2～3條分析譜線進行測試，通過比較空白溶液和低濃度樣品中各譜線的背景強度、靈敏度和相對標準偏差（RSD），同時避免各元素間譜線的相互重疊，優化出最優分析波長。綜合考慮穩定性和靈敏度等因素，試驗最終選取表1所列ICP—OES參數。

2.2 標準工作曲線 分別吸取多元素混合標準溶液配制0.0，0.2，0.4，0.6，0.8，1.0mg/L的標準曲線。校準曲線結果見表2。

2.3 方法檢出 限連續分析7個實驗室空白，按以下公式計算方法檢出限。

當空氣采樣量為150m3（標準狀態），污染源廢氣采樣量為0.600m3（標準狀態干煙氣），樣品預處理定容體積為50mL時，本方法測定各金屬元素的檢出限和測定下限見表3。由表3可知，2種方法所得檢出限均低于國家標準規定的值L，表明該方法有較高的靈敏度。

2.4 精密度 分別對石英濾膜采集的大氣樣品和石英濾筒采集的污染源廢氣樣品進行精密度實驗，經過微波消解前處理后，上儀器分析后鉻、銅、鎳的含量，并計算試結果的相對標準偏差，測定結果見表4。由表4可知，測定結果的相對偏差為1.5%、3.2%、3.5%和3.5%、4.4%、4.3%，表明本方法對大氣樣品測定結果的重復性好，本法對大氣和污染源廢氣中3種金屬的測量有較高的精密度。

2.5 準確度 以中國安全生產科學研究院的濾膜質量控制樣品經過微波消解前處理后，上儀器分析并與標準值進行對比測定儀器準確度，測定值和對比結果見表5。由表5可知，測定結果均在標準不確定度范圍內，說明本方法準確可靠。

2.6 對比試驗 分別對2組大氣樣品和廢氣樣品經過電熱板消解和微波消解前處理后，上儀器分析并對結果進行比較，結果見表6。

由表6可知，2種消解方法的測定結果基本吻合。該方法適用于大氣和廢氣中鉻、銅、鎳的測定。

2.7 加標回收試驗 分別對石英濾膜采集的大氣樣品和石英濾筒采集的污染源廢氣樣品進行加標回收實驗，經過微波消解前處理后，上儀器分析后加標回收率實驗結果見表7。由表7可知，經微波消解方法前處理后鉻、銅、鎳的回收率分別為104%、105%、103%和104%、107%、106%，均在允許范圍內。表明本方法測量準確度較高，滿足技術要求。

3 結語

（1）用電感耦合等離子體發射光譜法測定空氣顆粒物中的鉻、銅、鎳，具有靈敏度高、檢測限低、精密度好、線性范圍寬、基體效應小、可同時或順序測定多種元素的優點。

（2）采用微波消解2種消解方法前處理用電感耦合等離子體發射光譜法測定空氣顆粒物中的鉻、銅、鎳，2種方法的靈敏度、線性范圍、精密度以及準確度等指標均滿足要求。

（3）與電熱板消解相比，微波消解操作簡便、自動化和消解效率較高。

（4）與電熱板從外至內間接加熱分解樣品的傳導加熱方式相比，微波消解法是將試樣直接進行由微波到熱能的轉換加熱，其具有加熱快、消解能力強、消耗溶劑少、環境友好等優點，避免了常壓敞開消解造成的揮發損失和樣品玷污，提高了分析的準確度和精密度。

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（責編：張宏民）