濁點(diǎn)萃取-火焰原子吸收光譜法測定煤質(zhì)活性炭中鎘含量

楊蒲晨 趙發(fā)寶 張鑫鑫

（1.大同出入境檢驗(yàn)檢疫局 山西大同 037006；2.山西出入境檢驗(yàn)檢疫局；3.長治出入境檢驗(yàn)檢疫局）

1 前言

煤質(zhì)活性炭廣泛應(yīng)用于水凈化和污水處理、氣體凈化和廢氣處理、溶劑回收等過程中，發(fā)揮著保護(hù)環(huán)境、節(jié)能減排的重要作用。由于生產(chǎn)原料（煤炭）和生產(chǎn)環(huán)節(jié)的原因，煤質(zhì)活性炭成品均含有一定量的重金屬，但如果產(chǎn)品本身重金屬（如鉛Pb、鎘Cd、鋅Zn等）含量過大，其所凈化的水質(zhì)、氣體、溶劑等將難以達(dá)到要求，對人類的生產(chǎn)、生活會造成危害。對此，部分國內(nèi)外客商在購買煤質(zhì)活性炭時(shí)，要求對重金屬含量進(jìn)行檢測，而國內(nèi)目前尚未制定相關(guān)的檢測標(biāo)準(zhǔn)。因此，有必要對煤質(zhì)活性炭中重金屬含量的檢測進(jìn)行研究。

濁點(diǎn)萃取技術(shù)（CPE）是近年來出現(xiàn)的一種新興的環(huán)保型液-液萃取技術(shù)，它以表面活性劑的濁點(diǎn)現(xiàn)象為基礎(chǔ)，通過改變實(shí)驗(yàn)參數(shù)（如溶液的pH值、溫度等）引發(fā)相分離，使待測元素得到有效收集，具有表面活性劑用量小、萃取分離速度快、經(jīng)濟(jì)、安全、高效、操作簡便且應(yīng)用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。作為測定樣品中痕量金屬離子的前處理手段，CPE在分離和富集痕量金屬離子方面起著重要作用。煤質(zhì)活性炭中某些元素（如Cd）的含量有時(shí)很低，采取CPE可有效對待測元素進(jìn)行萃取富集。國內(nèi)雖有將煤質(zhì)活性炭用稀酸浸泡，檢測浸泡液中重金屬含量的方法，但此方法只適用于水凈化和污水處理過程的活性炭，不能對其他用途活性炭中的重金屬含量進(jìn)行測定。本研究建立的方法經(jīng)過試驗(yàn)驗(yàn)證，可準(zhǔn)確檢測活性炭中的重金屬，且隨著原子吸收光譜儀逐漸普及，可廣泛應(yīng)用。

2 材料與方法

2.1 材料

2.1.1 儀器

Contrra300型（contrAA?300）火焰原子吸收

光譜儀：德國耶拿公司；MARS 6 240/50型微波消解儀：美國CEM公司。

2.1.2 試劑

Cd標(biāo)準(zhǔn)溶液：1000μg/mL，購自中國計(jì)量科學(xué)研究院；硝酸、氫氟酸、過氧化氫、雙硫腙、Triton X-100、丙酮、氨水、NH4Cl：均為分析純；蒸餾水：電阻率為15MΩ·cm的去離子水。

2.2 方法

2.2.1 溶液配制

（1）系列標(biāo)準(zhǔn)溶液

用2%的硝酸將Cd標(biāo)準(zhǔn)溶液稀釋為100μg/mL的儲備液，再用儲備液配制0、0.01、0.02、0.03、0.05、0.1μg/mL系列標(biāo)準(zhǔn)溶液。

（2）雙硫腙溶液

稱取0.0260g雙硫腙置于燒杯中，用丙酮溶解后移入100mL棕色容量瓶中，用丙酮定容至刻度，即為1.0×10-3mol/L的雙硫腙丙酮溶液，備用。

（3）Triton X-100溶液

稱取1.0g Triton X-100溶于100mL水，即為10.0g/L Triton X-100溶液，備用。

（4）NH3-NH4Cl緩沖液

稱取50g NH4Cl溶于適量水中，加入3.5mL濃度為15mol/L的NH3.H2O溶液，用水稀釋至500mL。

2.2.2 樣品制備

用四分法取5g-10g試樣粉碎并全部通過0.075mm試驗(yàn)篩；將試樣置于150℃±5℃電熱恒溫干燥箱內(nèi)干燥2h，放入干燥器中冷卻至室溫，備用。

2.2.3 試驗(yàn)方法

2.2.3.1 微波消解

稱取0.2000g（精確至0.0002g）干燥后的試樣于消解罐中，加入濃硝酸10mL、過氧化氫2mL，蓋上內(nèi)罐蓋并置于耐壓外罐中，裝上溫度和壓力傳感器，放入微波消解儀中進(jìn)行消解（消解參數(shù)：功率1KW，溫度180℃，時(shí)間15min）；取出冷卻至室溫，加入氫氟酸2mL，加蓋密閉后于微波消解罐中消解（消解參數(shù)：功率1KW，溫度180℃，時(shí)間20min）；消解完畢將消解液置于電熱板上加熱趕酸，用水定容至50mL。同時(shí)做空白實(shí)驗(yàn)[1]。

2.2.3.2 濁點(diǎn)萃取

取3份上述溶液（每份5mL）分別置于3個(gè)10mL離心管中，依次加入絡(luò)合劑雙硫腙溶液、表面活性劑Triton X-100溶液、NH3-NH4Cl緩沖溶液，水浴加熱至濁點(diǎn)，溶液變混濁，發(fā)生相分離；離心10min，不溶于水的絡(luò)合物便萃取進(jìn)入表面活性劑富集相，冷卻后，用吸管除去水相，得到含鎘金屬離子的表面活性劑富集相，稀釋至100mL后直接測定[2]。

為了獲得最佳萃取條件，比較了不同雙硫腙和Triton X-100溶液用量、pH值和溫度、萃取時(shí)間等條件下的萃取效果，最終采用的最佳萃取工作條件見表1。

表1 濁點(diǎn)萃取工作條件

2.2.3.3 空白溶液的制備

樣品空白溶液的制備除不加試樣外，其余操作同2.2.3.1-2.2.3.2。

2.2.4 儀器工作條件

Cd的分析譜線波長、燃燒頭高度、燃?xì)猓ㄒ胰玻┝髁咳绫?所示，燃燒頭高度、燃?xì)猓ㄒ胰玻┝髁烤?jīng)過儀器自動(dòng)優(yōu)化；氙燈電流為13mA，光譜通帶寬度儀器自動(dòng)調(diào)節(jié)，乙炔氣的純度大于99.99%。

表2 儀器工作條件

3 結(jié)果與討論

3.1 溶解方法及酸量選擇

活性炭中Cd含量未知，有的在痕量級別，采取常規(guī)干法灰化加上濕法消解有可能使待測元素?fù)p失，而采取微波消解和濁點(diǎn)萃取進(jìn)行前處理可以將待測元素有效收集。微波消解過程采用硝酸、過氧化氫、氫氟酸，可以將試樣中多種化合物及氧化物充分消解，使金屬離子以液態(tài)形式存在；高濃度的硅（Si）會降低Cd的靈敏度，故用氫氟酸去除。酸用量需適量但要保證樣品充分溶解，以使待測溶液的吸光度高且穩(wěn)定。

3.2 儀器工作條件優(yōu)化

3.2.1 分析線選擇

試驗(yàn)中，根據(jù)儀器譜線庫提供的譜線和靈敏度以及待測元素實(shí)際含量的高低，通過比較228.8018nm 和226.502兩條譜線的信噪比和吸光度，結(jié)果表明：Cd228.8018nm受到共存組份的光譜干擾相對較少，且吸光度高，故試驗(yàn)選擇波長為Cd 228.8018nm的譜線[3]。

3.2.2 光譜通帶選擇

大的光譜通帶，意味著單色器和檢測器可以獲得的輻射量大。光譜通帶的選擇應(yīng)該是能寬則寬，需窄則窄，最重要的指標(biāo)是信噪比和標(biāo)準(zhǔn)曲線的線性，同時(shí)也要考慮分析譜線的干擾情況和吸光度。測試過程中儀器自動(dòng)對光譜通帶進(jìn)行調(diào)節(jié)優(yōu)化。

3.2.3 燃?xì)?助燃?xì)獗冗x擇

燃?xì)?助燃?xì)獗鹊淖罴鸦兄跍p少或排除干擾，實(shí)際測試過程中，乙炔氣流量進(jìn)行自動(dòng)優(yōu)化，燃?xì)?助燃?xì)獗认鄳?yīng)達(dá)到最佳測試條件。

3.2.4 燈電流選擇

燈電流直接影響分析的靈敏度和穩(wěn)定性。燈電流低，可以增加燈壽命和改善大多數(shù)元素的靈敏度；燈電流高，通過燈輻射的確定能量，可以獲得合理的信噪比。儀器將光源氙燈的電流固定為13mA。

3.2.5 背景干擾及扣除

試驗(yàn)用加入煤質(zhì)活性炭基體后配制的工作曲線制作Cd標(biāo)準(zhǔn)曲線，結(jié)果表明，標(biāo)準(zhǔn)溶液中加入基體煤質(zhì)活性炭后，可以有效消除其他元素對Cd的干擾，消除因背景干擾引起的分析誤差。

3.3 標(biāo)準(zhǔn)曲線和檢出限

按試驗(yàn)方法對Cd的系列標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行測定，Cd的吸光度呈線性關(guān)系，線性回歸方程、相關(guān)系數(shù)和檢出限見表3。對空白溶液測試20次求得標(biāo)準(zhǔn)偏差Sb，K為校準(zhǔn)曲線斜率，檢出限由3Sb/K求出。

表3 線性回歸方程、相關(guān)系數(shù)及檢出限

3.4 樣品分析結(jié)果

按試驗(yàn)方法對煤質(zhì)活性炭2個(gè)樣品進(jìn)行測定，每個(gè)樣品平行測定6次，在煤質(zhì)活性炭樣品中加入一定量的Cd標(biāo)準(zhǔn)溶液[4]，樣品的分析結(jié)果為表4所示。

表4 樣品分析結(jié)果

4 結(jié)論

使用微波消解和濁點(diǎn)萃取進(jìn)行前處理，選擇火焰原子吸收光譜儀測定煤質(zhì)活性炭中鎘含量，不僅具有準(zhǔn)確、可靠的優(yōu)點(diǎn)，而且提升了檢測效率。

［1］張長霞，張美婷.微波消解試樣-火焰原子吸收光譜法測定野菜和蔬菜中微量元素[J].理化檢驗(yàn)，2011，47（3）：363-364.

［2］楊柳，周方欽，黃榮輝，等.濁點(diǎn)萃取-火焰原子吸收光譜法測定礦渣中痕量金[J].分析科學(xué)學(xué)報(bào)，2008，24（2）：185-188.

［3］GB/T 16658-2007 煤中鉻、鎘、鉛的測定方法[S].

［4］馬麗君.火焰原子吸收光譜法測定粗銅中痕量鉍、銻[J].理化檢驗(yàn)-化學(xué)分冊，2010，46（1）：36-37，40.