ICP-AES法快速測定水處理劑用乙酸鈉中的5種有害元素

石瑞瑞，鹿 燕，沈宋利

（浙江方圓檢測集團股份有限公司，浙江杭州 310000）

乙酸鈉作為一種新興的廉價且安全的碳源，近兩年來在國內廣泛應用在水處理行業，主要用途是作為碳源補充物料廣泛應用于污水處理生物濾池脫氮[1]。通過添加乙酸鈉提高污水中的C/N比，從而提高生物濾池污水中硝酸鹽氮的反硝化速率，降低出水總氮濃度，以實現補充碳源缺氧生物濾池深度脫氮的目的[2]。由于目前還沒有明確的標準來規范乙酸鈉的各項指標，以合格工業原料生產的乙酸鈉溶液有害元素基本不會對環境等產生危害[3]，但是由于市場混亂，一些不良生產企業以工業廢酸為生產原料會為產品引入多種重金屬，造成水質的二次污染，而目前還沒有相關的檢測方法對乙酸鈉中的有害元素進行同步測定。如若參考環境的方法，每種元素的檢測方法均不相同，增加了企業的投入成本，降低了檢測的效率。

重金屬（如含鎘、鉛、汞、鉻等）廢水是對環境污染最嚴重和對人類危害最大的工業廢水之一，其水質水量與生產工藝有關，水處理劑乙酸鈉作為水處理工藝的重要處理藥劑，引入重金屬監控就顯得尤為必要。對水環境造成污染的重金屬及其化合物，主要包括銅、鎳、鉛、鉻、鎘、汞、鋅等[4]。主要來源于工業生產中的重金屬流失和廢水排放。重金屬污染水體后，有些可通過食物鏈富集于生物體內而致病。重金屬污染物的降解都極為困難，并且能夠積累在植物、動物體內，并結合食物鏈不斷富集，最終進入人體，對人體健康產生危害，這類污染物也是對人體產生最大危害的一種污染物[5]。目前的檢測方法主要有電化學法，伏安法、極譜法。電位分析法、電導法、光譜法。光譜法又包括原子熒光光譜法、原子吸收光譜法、原子發射光譜法、電感耦合等離子光譜法、質譜法。每種方法各有優缺點，其中電感耦合等離子體法可以同步測定多種元素被逐漸采用，現有的標準方法中已多次出現傳統方法被電感耦合等離子體替代的情況[4]。

本文利用電感耦合等離子體發射光譜法（ICPAES）的線性范圍寬、靈敏度高、檢測限低，能夠同時快速測定多種有害元素的優點[6]，在前處理過程中，依據不同的產品類型，分別采用直接進樣和微波消解的方法對樣品進行前處理，利用ICP-AES法同步測定水處理劑中的砷、鎘、鉻、汞、鎘5種有害元素，既提高了樣品分析檢測的效率，又保證了分析結果的準確性。

1 實驗部分

1.1 主要儀器與試劑

（1）儀器：全譜直讀等離子體原子發射光譜儀Varia725-ES。

（2）標準物質：100μg/mL砷、鉻、鉛、鎘標準物質（SPEX CertiPrep），1 000μg/mL汞單元素溶液標準物質（中國計量科學研究院）。

（3）其他實驗要求：高純氬氣（＞99.99%），實驗用水為超純水（符合一級水要求）。

1.2 實驗步驟

1.2.1 標準曲線繪制

用超純水將目標元素砷、鎘、鉻、汞、鉛濃度稀釋為0mg/L、0.2mg/L、0.5mg/L、1.0mg/L、2.0mg/L、5.0mg/L的標準溶液。分別上機測試，以目標離子的濃度值為橫坐標，以離子發射強度為縱坐標，制得各目標元素的標準曲線，其相關系數r2＞0.999。

表1 線性方程及相關系數

1.2.2 樣品預處理及測定

針對澄清透明無特殊氣味的乙酸鈉樣品：稱取1.0g乙酸鈉樣品，精確到0.0001g，用超純水定容至10mL，在優化后的工作條件下上機測試。

針對渾濁或懸浮物較多的水處理劑乙酸鈉樣品：采用微波消解的方法，稱取0.2g乙酸鈉樣品，精確至0.0001g，慢慢加入硝酸和雙氧水，蓋上蓋子，然后再專用工具把蓋擰緊，將罐放在樣品轉盤上。設置微波程序為：250W功率（1min），0W（1min），250W（5min）、400W（5min）、650W（5min），運 行 該 程序。將罐和轉盤一起冷卻至室溫，在通風櫥中擰松罐蓋，小心取下罐蓋，將罐內溶液轉移到PTFE燒杯中，再用水小心地沖洗罐蓋以及罐內殘留溶液。將溶液于90℃電熱板上蒸干。加2.0mL HNO3，微熱，滴加1.0mL，并蒸發至近干。重復加入硝酸/雙氧水兩次，并蒸發兩次，在殘渣中加入硝酸，微熱溶解，待溶液冷卻后，定容至10mL，在優化后的儀器工作條件下上機測試。

針對含有甲醇、葡萄糖的復合碳源類乙酸鈉產品，將采用濕法消解的方法，稱取約1.0～2.0g試樣置于消化管中，同時做試劑空白。將樣品中甲醇等有機溶劑，先在水浴或電熱板上將其揮發，加入數粒玻璃珠，然后加入10mL硝酸，由低溫至高溫加熱，消解至2～3mL，冷卻。然后加入2～3高氯酸，加熱至冒白煙，至消解液呈黃色或無色溶液，蒸發至1mL左右，冷卻后稀釋至10mL。如樣液渾濁，離心沉淀后，取上部清液測定。

2 結果與討論

2.1 前處理條件優化

澄清透明無特殊氣味的乙酸鈉樣品，一般主要成分為無機物，用水稀釋后可直接進樣測試，前處理過程無損失，直接上機檢測，極大降低了方法的檢出限。針對有特殊氣味、渾濁或懸浮物較多的乙酸鈉樣品，可采用微波消解的前處理方法，可將樣品全部消解成澄清透明液體。

針對樣品中含有甲醇、葡萄糖等有機成分，可采用濕法消解的方法，將樣品中有機成分除去，同時又不造成重金屬元素的損失，可根據樣品的成分及狀態，采用相應的前處理方法進行樣品檢測。

2.2 儀器工作條件

通過調節射頻發生器的功率、輔助氣流量、霧化氣流量和進樣速度等參數，在滿足靈敏度和穩定性的條件下，考了炬管的使用情況，以及載氣的使用及消耗情況，確定儀器最佳分析條件[7]如下：

射頻發生器功率：1 100W

等離子體氣流量：15.00L/min

霧化氣流量：0.85L/min

觀察高度：12mm

重復次數：3次

2.3 分析譜線的選擇

由于乙酸鈉樣品中含有鈉元素為樣品的本底元素，含量較高，對于砷、汞、鎘、鉛、鉻等目標元素會造成不同程度的譜線干擾。ICP-AES需要綜合特征波長、靈敏度、背景干擾和峰形等多種因素[8]，選擇波長干擾小的譜線，靈敏度高，精密度好的分析譜線。

根據以上譜線選擇要求，各元素譜線選擇如表2所示。

表2 元素分析譜線

2.4 方法檢出限

在制得的標準曲線下，使用空白溶液連續測量15次，以15次基體空白的測定結果標準偏差的3倍作為檢出限，根據公式MDL=k×SD（MDL為方法檢出限，k為置信因子，取3；SD為標準偏差）計算可得到本方法中各元素的檢出限和檢出濃度，見表3。

表3 各元素的方法檢出限和檢出濃度

2.5 精密度

精密度是表示測量的再現性，是保證準確度的先決條件，在分析試樣中分別加入一定量雜質元素，配制成各元素濃度分別為0.2mg/L、1.0mg/L、5.0mg/L的樣品溶液，用本方法進行上機測量6次，計算測得值的相對標準偏差，得到各元素測定的精密度（%）見表4。各元素在不同濃度水平上的精密度均在5%以內，重復性良好，說明本方法測定可靠。

表4 各元素在不同濃度水平的精密度（%）

2.6 加標回收率

加標回收率，是指在沒有被測物質的樣品基質中加入定量的標準物質，按樣品的處理步驟分析，得到的結果與理論值的比值。由于目前乙酸鈉主要作為廢水用碳源，含有甲醇等有機物的產品大多采用廢酸進行生產，是不允許添加的，因此本文針對無色透明的乙酸鈉樣品，分別進行低、中、高濃度加標回收實驗，向空白樣品中添加標準品，加標后分別為0.2mg·L-1、1.0mg/L、5.0mg/L的濃度水平，得到各元素的加標回收率（%）見表5。各元素在不同濃度水平上的加標回收率均在85%～110%。

表5 各元素在不同濃度水平的加標回收率（%）

3 結論

本文方法應用ICP-AES法同步測定水處理劑乙酸鈉中的砷、鎘、鉻、汞、鉛5種重金屬元素，各元素的檢出限在0.02～0.3mg/kg，精密度在0.4%～7.1 % ，回收率在89%～105.4%，其精密度好，準確度高，滿足水處理劑乙酸鈉中重金屬元素測定的分析測試要求，同時也完善了工業水處理中碳源體系的的元素檢測方法，對補充水處理行業標準中的元素檢測方法有重要的意義。隨著儀器設備的不斷發展，污水排放對重金屬的要求越來越嚴格，采用ICP-AES可進行多種金屬元素的同步檢測，極大提高了檢測效率。同時ICP-AES的檢測方法的開發，可為后續電感耦合等離子質譜法在水處理劑重金屬元素的檢測提供相應的技術來源，為水處理劑中重金屬元素種類及越來越嚴格的重金屬污染要求提供技術支撐。