電熱石墨消解火焰原子吸收光譜法測定廢氣中銅鎳鉻鉛

(浙江省湖州市環(huán)境監(jiān)測中心站，湖州313000)

隨著大氣污染的日趨嚴重，環(huán)境監(jiān)管力度日益加大，污染源廢氣中重金屬的監(jiān)控也備受關(guān)注[1，2]。實驗室檢測廢氣中重金屬含量是通過用濾筒采集廢氣中含有重金屬的顆粒，再將濾筒捕集的顆粒消解轉(zhuǎn)化成溶液后利用儀器測定來實現(xiàn)的。廢氣中重金屬的檢測包括前處理和儀器測試兩個階段。儀器測試階段的方法已較為成熟，目前較為普遍的測試方法有分光光度法[3]、原子吸收法[4]和ICP法[5]等。前處理方法中目前廣為采用的有電熱板消解、微波消解。電熱板消解法存在加熱不均勻、容易濺出損失的缺點，微波消解法由于微波消解儀構(gòu)造的原因，不可避免地存在批處理量小(樣品單圈放置式微波消解儀)或微波加熱不均勻?qū)е聵悠废獬潭炔灰恢?樣品雙層或多層放置式微波消解儀)的缺點。且這兩種前處理方法都不是把濾筒完全消解，因此在前處理階段結(jié)束后濾筒形狀并未改變，對后續(xù)的過濾產(chǎn)生吸附影響，導(dǎo)致測定結(jié)果的偏低。除了電熱板和微波消解外，還有資料[6]稱索氏提取法亦能夠處理濾筒采集的重金屬顆粒樣品。但是作者在此前的工作[7]中發(fā)現(xiàn)該法不可行。電熱石墨消解儀作為一種新式的前處理設(shè)備，主要優(yōu)點是自動添加消解試劑、加熱均勻、批處理量大，因此近年來廣受分析工作者的推崇[8，9]。本實驗使用該儀器作為前處理設(shè)備，對采集的廢氣樣品進行處理后利用火焰原子吸收光譜儀測定其濃度，得到了滿意的效果。

1 實驗部分

1.1 實驗儀器與試劑材料

EHD20型電熱石墨消解儀(40位，可同時消解40個樣品)(北京萊伯泰科儀器有限公司)；ZEEnit700型原子吸收光譜儀(德國耶拿儀器股份有限公司)；TH-880Ⅴ煙塵采樣儀(武漢天虹智能儀表廠)。

28mm×70mm泰山3號玻璃纖維濾筒(天津市東方綠色技術(shù)發(fā)展公司)；濃度為500 mg/L的銅、鎳、鉻、鉛單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液(國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研究中心)；優(yōu)級純硝酸(國藥集團化學(xué)試劑有限公司)；分析純氫氟酸(浙江東陽化工廠)；分析純高氯酸(上海桃浦化工廠)；實驗用水為美國Milipore公司制水機制得電阻率18.2MΩ·的去離子水。

各元素分析參數(shù)見表1。

表1 原子吸收光譜儀分析參數(shù)

1.2 實驗方法

1.2.1 采樣濾筒的準(zhǔn)備

由于空白玻璃纖維濾筒中含鉛量較高且高低不一，因此濾筒使用前需對其進行脫鉛處理。處理方法為文獻[7]所述，即用1+1HNO3在電熱板上加熱處理約3h(不可煮沸，以免破壞濾筒)。從酸中取出后在水中浸泡10min左右，將浸泡液泌去，反復(fù)浸泡3～4次，確保濾筒吸附的硝酸鉛完全洗脫。

1.2.2 樣品采集

使用TH-880Ⅴ煙塵采樣儀，用經(jīng)脫鉛處理的泰山3號玻璃纖維濾筒按照文獻[6]的采樣方法，以20L·min-1流量對某固廢焚燒爐排放口煙塵采樣20min左右，采樣體積約400L，所得含重金屬廢氣樣品。

1.2.3 石墨消解

將樣品用剪刀剪碎，置于聚四氟乙烯消解罐中，將消解罐放入石墨消解裝置。設(shè)置消解程序進行消解。消解完畢后冷卻至室溫，然后加入1∶1(體積比)硝酸1mL，轉(zhuǎn)移至50mL容量瓶中，用少量去離子水洗滌消解罐，洗滌液一并轉(zhuǎn)移至容量瓶，定容待測。同時測定消解全程空白。

電熱石墨消解的消解程序見表2。

表2 樣品消解程序

1.2.4 定量方法

采用標(biāo)準(zhǔn)曲線法測定消解液，再換算到廢氣中的含量。標(biāo)準(zhǔn)使用液是用500mg/L的單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液逐級稀釋后配制而成，以儀器校正吸光度為應(yīng)變量Y，溶液濃度為自變量X繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。銅、鎳、鉻的濃度系列均為0.00、0.20、0.50、1.00、1.50、2.00mg/L，鉛的濃度系列為0.00、1.00、2.00、3.00、4.00、5.00 mg/L。

2 結(jié)果與討論

2.1 消解體系的選擇

消解試劑的選擇對樣品前處理的結(jié)果影響很大。文獻[6,7]均使用硝酸-雙氧水體系，從外觀來看，消解結(jié)束時濾筒形狀均未改變，消解過程僅是將捕集到的塵粒溶解到消解液中。因此，消解結(jié)束后必須將浸潤著消解液的濾筒過濾并洗滌。由于濾筒形狀未改變，難免吸附部分待測元素，導(dǎo)致測定結(jié)果偏低，這一推斷在文獻[7]中得到了印證(加標(biāo)回收率普遍低于95%)。本實驗采用硝酸-氫氟酸-高氯酸體系，消解能力更強，因此能將濾筒消解得更為完全。雖然仍達不到完全透明澄清的程度，但從外觀來看，消解結(jié)束時消解產(chǎn)物為果凍狀，因此無需過濾即可直接轉(zhuǎn)移到容量瓶。定容后的溶液雖渾濁，但只需靜置數(shù)分鐘后就能出現(xiàn)上清液，不影響上機測定。這就避免了過濾帶來的吸附損失，測定結(jié)果更為準(zhǔn)確可靠。

2.2 標(biāo)準(zhǔn)曲線與檢出限

以1% HNO3溶液連續(xù)測定11次，其平均值的3倍標(biāo)準(zhǔn)偏差對應(yīng)的濃度值即為儀器檢出限。當(dāng)定容體積50 mL，采樣體積為400 L時，折算得到廢氣中各元素的方法檢出限。各元素的檢出限與標(biāo)準(zhǔn)曲線見表3。

表3標(biāo)準(zhǔn)曲線

元素標(biāo)準(zhǔn)曲線相關(guān)系數(shù)儀器檢出限(mg/L)方法檢出限(mg/m3)銅Y=0.142X+0.0040.99940.050.006鎳Y=0.097X+0.0020.99940.050.006鉻Y=0.104X+0.0010.99990.050.006鉛Y=0.024X+0.0010.99980.200.025

2.3 準(zhǔn)確度與精密度

由于缺乏廢氣標(biāo)準(zhǔn)樣品，而實際廢氣樣品由于受到工況影響不可能采集到嚴格意義上的平行樣，故本實驗的準(zhǔn)確度與精密度暫時只能通過空白加標(biāo)回收的準(zhǔn)確度與精密度來體現(xiàn),即在經(jīng)過脫鉛處理過的空白濾筒中加入各元素的標(biāo)準(zhǔn)溶液，將該加標(biāo)濾筒進行前處理消解后上機測定其濃度，計算回收率。同時，根據(jù)不同加標(biāo)量的回收率計算各元素的精密度(RSD)?；厥章逝c精密度結(jié)果見表4。

表4 回收率與精密度試驗(n=6)

由表4可見，各元素的回收率均非常理想，說明前處理過程未發(fā)生明顯的損失或污染。不同加標(biāo)量下的回收率精密度也較為理想，RSD均小于4%，說明不同加標(biāo)樣量的回收率均理想，不存在顯著差異。

2.4 實際樣品的濃度

對某固廢焚燒爐排放口煙塵采樣3次，每次20min左右，每次采樣體積約400L，所得廢氣中含重金屬濃度見表5。

表5 實際樣品測定結(jié)果

3 結(jié)語

濾筒采集的廢氣樣品以硝酸-氫氟酸-高氯酸體系為消解液，坡度升溫方式石墨消解，火焰原子吸收光譜法測定，消解效果良好，結(jié)果準(zhǔn)確，操作便捷，批處理量大，是進行廢氣樣品中重金屬測定的高效方法。

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