ICP-AES法測定含鈹污水中鈹銅鉻鐵

2021-12-22 09:25:02張健康殷藝丹

湖南有色金屬 2021年6期

陳紅，李暉，張健康，殷藝丹

（1.西北稀有金屬材料研究院寧夏有限公司，寧夏石嘴山 753000；2.稀有金屬特種材料國家重點實驗室，寧夏石嘴山 753000）

含鈹污水需要經過絮凝、沉淀、過濾等凈化分離步驟，才能達到合格排放目的［1］。國家現行污水綜合排放標準要求處理后污水中Be濃度＜5μg/L、Cu濃度＜2 mg/L［2］，不合格污水需返回重新處理。凈化合格后的水質檢驗，目前有兩種分析方法，鉻青R分光光度法［3］及石墨爐-原子吸收分光光度法［4］。

在實際污水處理環節中，污水中Be量及其它元素如Cu、Cr、Fe的含量等對處理過程和最終的凈化結果都有不同程度的影響［5］，因此，監測含鈹污水處理前、中、后的水樣成分也不容忽視。由于日常生產中每天污水成分和排污量不固定，而需要一種線性范圍寬，抗干擾能力強，且能同時測定污水樣中多種元素的分析方法，傳統的石墨爐-原子吸收光譜法及分光光度法難以滿足要求，ICP-AES法卻能符合。

試驗通過對測定方法中Be、Cu、Cr、Fe元素分析譜線的選定，溶液中基體元素干擾、共存元素干擾及分析方法酸度影響等，確定了含鈹污水中Be、Cu、Cr、Fe元素測定的ICP-AES法，滿足含鈹污水處理工藝過程中的分析檢測需求。

1 試驗部分

1.1 主要儀器與試劑

1.儀器：iCAP6300全譜直讀等離子體發射光譜儀，美國賽默飛世爾科技公司制。

2.標準溶液：1 000μg/mL Be、Cu、Cr、Fe標準儲備溶液，國家鋼鐵材料測試中心制。

3.鹽酸，優級純。

4.硝酸，優級純。

5.試驗用水為二次交換去離子水。

1.2 儀器工作參數

分析射頻功率：1 150 W；沖洗泵速：125 r/min；分析泵速：50 r/min；輔助氣體流量：0.5 L/min；積分時間：10 s；等離子觀測方式：水平觀測。

1.3 樣品的預處理

準確移取100.00 mL水樣于250 mL聚四氟乙烯燒杯中，加入5 mL鹽酸-硝酸（鹽酸∶硝酸＝1∶1，體積比）酸化水樣。將盛有水樣的聚四氟乙烯燒杯放置于120～140℃低溫電熱板，蒸干去除有機物，取下冷卻，加入5 mL鹽酸，將溶液轉移至100 mL容量瓶中，稀釋至刻度，混勻，待測。隨同試樣做空白試驗。

若待測元素超出標準曲線范圍，需稀釋測定。

1.4 標準曲線繪制

將濃度為1 000μg/mL的Be、Cu、Cr、Fe元素標準儲備溶液逐級稀釋至所需配制標準溶液系列。此標準溶液系列介質為5%體積分數鹽酸，Be、Cu、Cr、Fe元素的質量濃度見表1。

表1 標準溶液系列中各元素的質量濃度 μg/mL

2 結果與討論

2.1 分析元素譜線的選擇

于美國賽默飛世爾科技公司生產型號為iCAP6300全譜直讀等離子體發射光譜儀的儀器譜線庫推薦的譜線中選擇Be、Cu、Cr和Fe的幾條發射強度較高的特征譜線，分別對空白試驗溶液、各待測元素的標準溶液（濃度為5μg/mL）、基體溶液（Ca、Mg濃度為100μg/mL）及樣品試驗溶液于全譜直讀等離子體發射光譜儀進樣，進行圖譜掃描，根據各譜線輪廓和強度值，選擇靈敏度高、無干擾或干擾少、信背比高的譜線，Be、Cu、Cr、Fe元素的分析譜線見表2。

表2 分析元素譜線的選擇

將表2譜線通過譜圖分析對比，基體元素Ca、Mg對所選的Be、Cu、Cr、Fe分析譜線均無干擾。

2.2 基體濃度的影響

含鈹污水由自來水引入工藝裝置，因此，其組成中除Be、Cu、Cr、Fe等待測元素以外，主體元素主要為Ca和Mg。通過對日常處理前、中、后的水樣樣本大量檢測，得出水樣中Ca和Mg最大濃度分別為100μg/mL、100μg/mL。

1.在5μg/mL的Be、Cu、Cr、Fe試驗溶液中，分別加入150μg/mL的Ca基體溶液，并保證酸度匹配，測定待測元素Be、Cu、Cr、Fe譜線發射強度值Ix及不加基體溶液時譜線發射強度值ICa。以Ix/ICa之值考察基體元素的存在對待測元素的測定影響，測定結果見表3。

表3 鈣基體干擾試驗

Ix/ICa之值越接近1，表明主體元素的存在對待測元素的測定影響越小，反之，則表明影響較大。由表3數據可以看出，當Ca基體濃度為150μg/mL時，在iCAP6300全譜直讀等離子體發射光譜儀的測定中對Be、Cu、Cr、Fe元素結果影響微弱。實際日常水樣Ca基體濃度小于150μg/mL，因此Ca基體干擾可忽略不計。

2.在5μg/mL的Be、Cu、Cr、Fe試驗溶液中，分別加入Mg基體溶液（同時保證酸度匹配），濃度依次為10μg/mL、20μg/mL、50μg/mL、100μg/mL、150μg/mL。測定待測元素Be、Cu、Cr、Fe譜線發射強度值Ix及不加基體溶液時譜線射強度值IMg。以Ix/IMg之值考察基體元素的存在對待測元素的測定影響，測定結果如圖1所示。

圖1 Mg基體干擾試驗

由圖1看出，Mg基體濃度小于100μg/mL時，在iCAP6300全譜直讀等離子體發射光譜儀的測定中對Be、Cu、Cr、Fe元素結果影響微弱，可忽略不計。當Mg基體濃度大于100μg/mL時，對Be、Cu、測定影響較小，對Cr、Fe測定有一定的負干擾。在日常生產污水試樣中，Mg基體濃度一般情況下小于100 μg/mL，可以配制Be、Cu、Cr、Fe混合標準溶液，無需基體匹配，直接測定。如遇到特殊情況，Mg基體濃度大于100μg/mL時，在測定Cr、Fe元素時，需根據Mg量采用相應的措施，必要時進行基體匹配或者標準加入校正方法處理，以保證測定結果的準確性。

2.3 共存元素干擾試驗

含鈹污水在凈化處理過程中，水樣里Be、Cu、Cr、Fe含量隨每天的排污量及工藝變化而改變，一般在5μg/mL左右。試驗在單元素濃度為5μg/mL Be、Cu、Cr、Fe標準試驗溶液中，各自分別加入對應共存元素，以加入前后譜線發射強度的比值考察共存影響。結果表明，Be、Cu、Cr、Fe在5μg/mL共存濃度下相互間共存干擾很小，可忽略不計。