火焰原子吸收法在火電廠廢水重金屬離子檢測中的應用

楊春麗 尤萬龍 王雙庫

摘 要：通過測試標準回歸曲線、加標回收率、檢出限、相對標準偏差等一系列實驗得出火焰原子吸收光譜法對火電廠環保廢水中的Pb、Ni、Cd、Cr重金屬離子的加標回收率為97.85%、96.91%、98.17%、96.98%；檢出限為0.02mg/L、0.002mg/L、0.002mg/L、0.04mg/L；相對標準偏差為1.3%、1.1%、0.7%、0.5%。說明了火焰原子吸收光譜法具有較高的靈敏度和準確度等特點，體現了其應用在火電廠環保廢水中重金屬離子檢測的優勢。

關鍵詞：火焰原子吸收光譜法；火電廠；環保廢水；重金屬離子

中圖分類號：X83 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）29-0174-03

Abstract： Through a series of experiments， such as standard regression curve， recovery rate， detection limit， relative standard deviation and so on， the standard regression curve of Pb， Ni， Cd， Cr heavy metal ions in environmental protection waste water of thermal power plant were determined by flame atomic absorption spectrometry（FAAS）. The recoveries were 97.85%， 96.91%， 98.17% and 96.98%， the detection limits were 0.02mg/L， 0.002mg/L， 0.002mg/L and 0.04 mg/L， and the relative standard deviations were 1.3%， 1.1%， 0.7% and 0.5%. It shows that the flame atomic absorption spectrometry has high sensitivity and accuracy， which shows the advantages of its application in the detection of heavy metal ions in the environmental protection waste water of thermal power plant.

Keywords： flame atomic absorption spectrometry（FAAS）； thermal power plant； environmental protection wastewater； heavy metal ions

引言

隨著人類社會的發展，人們對電力的需求越來越大。據了解，目前我國約73%的電力仍然依靠燃煤發電，燃煤電廠的煙氣成分復雜多變[1]，必須經過脫硫處理才能排放到開放體系中。目前，煙氣濕法脫硫技術在火電廠的應用比較普遍，但是該工藝在生產過程中產生的脫硫廢水中含有許多污染物[2]，如硫酸鹽、過飽和的亞硫酸鹽、懸浮物、氟離子以及重金屬離子等，其中重金屬離子在污染物分類中屬于一類污染物，若將重金屬離子含量超標的脫硫廢水直接排放到江河之中，則會由于其在水中很難自行分解而通過食物鏈富集到人體之中。過量的重金屬離子不僅嚴重危害人的身心健康而且還威脅生態安全，所以各火電廠應高度重視對環保脫硫廢水中重金屬離子的監測工作，做到發展生產和環境保護兩不誤。

目前較常見的重金屬離子檢測方法有電感耦合等離子體原子發射光譜法、原子吸收光譜法、生物化學法、電化學分析法、流動注射分析法、熒光分析法和紫外-可見分光光度法，但是這些方法要么是成本過高，要么是檢出限過高，要么是檢測步驟繁多且要求苛刻，均不適合應用于火電廠環保脫硫廢水中重金屬離子的檢測。火焰原子吸收光譜法是基于氣態的基態原子外層電子對紫外光和可見光范圍相對應的原子共振輻射線的吸收強度來檢測環境水質中的重金屬離子含量[3]。和其它方法相比，火焰原子吸收光譜法具有新穎獨特、操作簡單、靈敏程度高、抗干擾能力強、選擇性和準確度高等諸多優點，是一種能應用于火電廠環保脫硫廢水中重金屬離子檢測的新型技術。本論文正是基于這些優勢，在一系列實驗數據的基礎上再次證實了火焰原子吸收光譜法應用于火電廠環保廢水中Pb、Ni、Cd、Cr重金屬離子檢測的優勢。

1 實驗部分

1.1 實驗儀器

交流凈化穩壓電源（北京元盛科儀科技有限責任公司）；針筒式微孔濾膜過濾器（上海興亞凈化材料廠）孔徑0.25μm；SOLAAR原子吸收光譜儀（美國熱電公司）；Pb空心陰極燈、Ni空心陰極燈、Cd空心陰極燈、Cr空心陰極燈，無油氣體壓縮機（天津市醫療器械二廠）；高純水儀（登科普瑞北京科技有限公司）。

1.2 實驗試劑

氫氣：純度99.99%以上；高純水：電阻率>18MΩ.cm；

硝酸[ρ（HNO3）=1.42g/mL]：優級純；

1000μg/mL的Cr單元素國家標準物質（GBW08614）；

1000μg/mL的Pb單元素國家標準物質（GBW08619）；

1000μg/mL的Ni單元素國家標準物質（GBW08618）；

1000μg/mL的Cd單元素國家標準物質（GBW08612）；

測試水樣：廣州珠江電廠脫硫廢水。

1.3 標準中間液的配制

0.6%硝酸溶液：準確移取4.2ml硝酸[ρ（HNO3）=1.42g/mL]于1000ml容量瓶中定量至1000g，搖勻；

100mg/L的Pb標準中間液：用0.6%硝酸溶液作溶劑，準確移取5ml濃度為1000μg/mL的Pb單元素國家標準物質（GBW08619）于50ml容量瓶中，定容至刻度；

100mg/L的Ni標準中間液：用0.6%硝酸溶液作溶劑，準確移取5ml濃度為1000μg/mL的Ni單元素國家標準物質（GBW08618）于50ml容量瓶中，定容至刻度；

100mg/L的Cd標準中間液：用0.6%硝酸溶液作溶劑，準確移取5ml濃度為1000μg/mL的Cd單元素國家標準物質（GBW08612）于50ml容量瓶中，定容至刻度。

1.4 實驗測試條件的選擇

在壓縮空氣壓力設定值為0.25MPa～0.35MPa，乙炔壓力設定值為0.06MPa～0.09MPa的條件下，經過若干次的實驗條件選擇，確定這四種重金屬元素的實驗測試參數如表1所示。

1.5 實驗方法

1.5.1 標準溶液的配制

Pb系列標準溶液：以0.6%的硝酸溶液作溶劑，用100mg/L的Pb標準中間液配制濃度梯度為0.5mg/L、1.0mg/L、2.0mg/L的Pb系列標準溶液待用。

Ni系列標準溶液：以0.6%的硝酸溶液作溶劑，用100mg/L的Ni標準中間液配制濃度梯度為0.5mg/L、1.0mg/L、2.0mg/L的Ni系列標準溶液待用。

Cd系列標準溶液：以0.6%的硝酸溶液作溶劑，用100mg/L的Cd標準中間液配制濃度梯度為0.05mg/L、0.10mg/L、0.20mg/L的Cd系列標準溶液待用。

Cr系列標準溶液：以0.6%的硝酸溶液作溶劑，用1000μg/mL的Cr單元素國家標準物質溶液配制濃度梯度為1.0mg/L、2.0mg/L、4.0mg/L的Cr系列標準溶液待用。

1.5.2 標準溶液的測試

在1.4的實驗測試參數下，分別對四種重金屬元素各濃度梯度下的標準溶液的吸光度進行測試，對測試結果進行線性擬合后得到的回歸曲線和線性相關系數如下圖1～圖4所示。

由圖1～圖4可知，Pb、Ni、Cd、Cr四種元素標準溶液的線性回歸相關系數R2均大于0.999，線性回歸曲線均較理想，故火焰原子吸收光譜法是可以應用于火電廠脫硫廢水中Pb、Ni、Cd、Cr四種重金屬離子的檢測的。

1.5.3 水樣的測試

水樣的預處理：脫硫廢水水樣渾濁，各元素含量復雜，為保證分析結果的準確，在用火焰原子吸收光譜儀對水樣進行測試之前須對水樣進行過濾，然后用酸度為0.6%的硝酸進行酸化處理。

在1.4實驗參數測試條件下，由1.5.2中已經測得的四種元素的標準回歸曲線測水樣中四種元素的含量，所得結果如表2所示。

由表2知，用火焰原子吸收光譜法可以準確地測得脫硫廢水中Pb、Ni、Cd、Cr重金屬離子的含量，且有較高的靈敏度。

2 實驗結果及討論

2.1 加標回收率實驗

取200ml處理過的脫硫廢水入口水樣，依次向廢水中加入一定量的Pb、Ni、Cd、Cr四種重金屬元素的標準溶液，用1.5.2中四種元素的標準回歸曲線分別測定各元素的加標回收率，結果如表3所示。

由表3可知，用火焰原子吸收光譜法測Pb、Ni、Cd、Cr四種重金屬離子的加標回收率較理想。

2.2 檢出限實驗

平行測定15次空白溶液的吸光度，此時的空白溶液為0.6%的硝酸，并結合Pb、Ni、Cd、Cr四種重金屬元素標準溶液回歸曲線方程的斜率，由檢出限公式LOD=3*σ/S（σ為空白標準偏差，S為標準溶液曲線斜率），得出Pb、Ni、Cd、Cr的檢出限分別是0.02mg/L、0.002mg/L、0.002mg/L、0.04mg/L，檢出限較低，符合測試要求。

2.3 相對標準偏差實驗

分別對濃度為1.0mg/L的Pb、1.0mg/L的Ni、0.1mg/L的Cb、2.0mg/L的Cr四種溶液平行測定15次，對測試結果進行計算統計，求得它們的相對標準偏差分別是1.3%、1.1%、0.7%、0.5%。由此可知，該方法測量Pb、Ni、Cd、Cr重金屬離子濃度的精密度良好。

3 實驗結論

本論文用實驗數據再次論證了將火焰原子吸收光譜法應用于火電廠環保廢水中Pb、Ni、Cd、Cr重金屬離子檢測的優勢，實驗結果如下：用該方法測Pb、Ni、Cd、Cr重金屬離子的加標回收率分別為97.85%、96.91%、98.17%、96.98%；檢出限為0.02mg/L、0.002mg/L、0.002mg/L、0.04mg/L；相對標準偏差分別是1.3%、1.1%、0.7%、0.5%；說明將火焰原子吸收光譜法應用于火電廠廢水重金屬離子的檢測是可行的。

參考文獻：

[1]馬雙忱，等.中國燃煤電廠脫硫廢水處理技術研究進展及標準修訂建議[J].潔凈煤技術，2017，23（4）：18-28.

[2]應春華，等.脫硫廢水排放的控制項目及標準探討[J].熱力發電，2005（9）：69-71.

[3]武漢大學.分析化學[M].北京：高等教育出版社，2007.