電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜(ICP-AES)法測定工業(yè)廢水中的顏料綠58

賀小雙 薛曉康 林建

（1上?；ぱ芯吭禾炜苹ぜ夹g(shù)服務(wù)咨詢有限公司，上海200061；2上?；ぱ芯吭河邢薰?檢測中心，上海200062）

引言

近些年來，隨著高分辨率液晶屏幕在電腦中越來越廣泛的應(yīng)用，人們研究出了同時(shí)也可用于電視機(jī)顯示器的液晶屏幕。為實(shí)現(xiàn)這一技術(shù)，關(guān)鍵需要在液晶顯示器中使用具有高色純度的彩色像素濾色器。其中，在綠色像素濾色器中，通常使用一種酞菁銅結(jié)構(gòu)的顏料綠36（見圖1）作為著色顏料。然而，使用中發(fā)現(xiàn)，顏料綠36的色彩色調(diào)及傳輸不夠好。因此，人們嘗試用鋅來替換其中心金屬銅，并開發(fā)出了一種酞菁鋅結(jié)構(gòu)的顏料綠58（見圖2）。相比于顏料綠36，顏料綠58有很多優(yōu)勢，比如更高的亮度和對比度，以及優(yōu)良的耐熱性等[1-2]。

圖1 顏料綠36結(jié)構(gòu)示意圖Figure 1 Structure diagram of C.I.Pigment Green 36.

顏料綠58，作為一種新化學(xué)物質(zhì)，人們對它各方面的研究也在不斷深入。然而，由于其結(jié)構(gòu)中含重金屬鋅，這類物質(zhì)一旦排放不當(dāng)，就可能引起土壤、地表水、地下水等的污染，進(jìn)而可能會(huì)給水生生物帶來潛在的危害，甚至危及人體健康。為研究其可能對生態(tài)環(huán)境造成的危害，開發(fā)出一種測定水中顏料綠58的定量分析檢測方法是至關(guān)重要的一步。

目前，常見的重金屬元素的定量分析檢測方法包括分光光度法、原子吸收光譜法、原子熒光光譜法、質(zhì)譜法、高效液相色譜法、等離子體原子發(fā)射光譜法等。其中，電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜（ICP-AES）法，既具有原子發(fā)射光譜的多元素同時(shí)測定的優(yōu)點(diǎn)，又有很寬的線性范圍和很高的靈敏度，適用于固、液、氣態(tài)樣品的直接測定。因此電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜（ICP-AES）法是原子光譜分析技術(shù)中應(yīng)用最廣泛的一種。近年來，它不僅成為冶金、機(jī)械、地質(zhì)等企業(yè)不可缺少的分析手段，而且在有機(jī)物、生化樣品的分析、環(huán)境監(jiān)測以及食品安全監(jiān)控等方面展示了其優(yōu)越性[3-11]。

圖2 顏料綠58結(jié)構(gòu)示意圖Figure 2 Structure diagram of C.I.Pigment Green 58.

已有的研究表明，顏料綠58的水溶性極差，并且具有較強(qiáng)的聚合性，因此，不適合用質(zhì)譜法、色譜法等進(jìn)行測定。采用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法，研究建立了顏料綠58的定量分析方法，并取得了不錯(cuò)的效果。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑

濃硝酸（優(yōu)級(jí)純）、顏料綠58（DIC Corporation Kashima plant，Japan）、蒸餾水。

1.2 主要儀器

iCAP6300 Duo電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀（ICP-AES，美國熱電公司）。

1.3 儀器測定參數(shù)

儀器的主要測定條件：沖洗泵速50 r/min，分析泵速50 r/min，泵穩(wěn)定時(shí)間5.0 s，分析功率1 150 W，輔助氣流量0.5 L/min，霧化氣流量0.5 L/min，分析最大積分時(shí)間10.0 s，Zn元素分析波長202.548 nm。

1.4 樣品前處理

重金屬樣品的測定中，樣品的前處理是一個(gè)重要環(huán)節(jié)。由于顏料綠58在水中溶解性極差，因此需要預(yù)先加入助溶試劑進(jìn)行溶解。經(jīng)實(shí)驗(yàn)，最后選取了濃硝酸，成功地使樣品全部溶解。

1.5 制備標(biāo)準(zhǔn)工作溶液

準(zhǔn)確稱取標(biāo)準(zhǔn)樣品0.103 3 g于燒瓶中，加入20 m L濃硝酸煮沸至溶液透明，待溶液冷卻，轉(zhuǎn)移至250 m L容量瓶中，加入蒸餾水定容，搖勻，此溶液作為標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液，濃度413.2 mg/L。

加適量蒸餾水，將儲(chǔ)備溶液依次稀釋20、50、200、400、1 000 倍，制備成濃度分別為20.66、8.264、2.066、1.033、0.4132 mg/L的系列標(biāo)準(zhǔn)工作溶液。

2 結(jié)果與討論

2.1 儀器工作條件的選擇

電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀的工作參數(shù)較多，其中等離子體的射頻功率，輔助氣流量以及霧化器流量等的大小對分析性能有明顯的影響。通過提高射頻功率，可以增強(qiáng)信號(hào)，但同時(shí)儀器噪音也會(huì)變強(qiáng)。經(jīng)調(diào)試，選取1 150 W作為分析功率。另外，輔助氣流量影響樣品的吸出速率，通過增大流量可以提高進(jìn)入等離子體的待測元素量，進(jìn)而增加信號(hào)強(qiáng)度，但是輔助氣流量過大會(huì)稀釋樣品。經(jīng)調(diào)試，選取0.5 L/min作為輔助氣流量。另一方面，增大霧化器流量，則會(huì)降低待測元素強(qiáng)度，經(jīng)調(diào)試，選取0.5 L/min作為霧化氣流量。

元素分析波長的選擇是否合適，會(huì)直接影響檢測結(jié)果準(zhǔn)確度，選擇依據(jù)在于使共存譜線干擾小，檢出限低，靈敏度高。原則上，選取儀器推薦的元素最高靈敏線作為分析波長。實(shí)驗(yàn)中選取202.548 nm作為分析波長。

2.2 線性與線性范圍

按照實(shí)驗(yàn)方法，配制系列標(biāo)準(zhǔn)工作溶液，在設(shè)定的儀器工作條件下使用標(biāo)準(zhǔn)溶液依次進(jìn)樣檢測。以質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo)X，以信號(hào)強(qiáng)度為縱坐標(biāo)Y，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。測定結(jié)果見表1，線性校準(zhǔn)曲線見圖3。

表1 線性測定結(jié)果Table 1 Linear testing results

圖3 線性校準(zhǔn)曲線Figure 3 Linear calibration curve.

根據(jù)表1和圖3的結(jié)果，在選定的儀器工作條件下，光譜強(qiáng)度對標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度的線性回歸方程為y=150.35+1 931.9x，線性相關(guān)系數(shù)為1，線性響應(yīng)關(guān)系良好，滿足定量分析要求。

2.3 方法檢出限

將空白溶液連續(xù)進(jìn)樣，平行測定10次，并根據(jù)平行測定結(jié)果，計(jì)算出標(biāo)準(zhǔn)偏差σ，然后以3倍標(biāo)準(zhǔn)偏差計(jì)算（3σ），得出檢出限濃度為3.0×10-3mg/L。

2.4 方法精密度測定

在選定的儀器工作條件下，選取三組濃度分別為0.413 2、2.066、20.66 mg/L的標(biāo)準(zhǔn)溶液，連續(xù)進(jìn)樣，分別平行測定6次，計(jì)算其相對標(biāo)準(zhǔn)偏差，結(jié)果見表2。

表2 精密度測定結(jié)果Table 2 Precision testing results(n=6)

由表2可知，低濃度溶液的相對偏差值較大，高濃度溶液的相對偏差值較小。三組濃度溶液的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差均小于3%，表明方法的系統(tǒng)精密度良好。

2.5 方法準(zhǔn)確度測定

在選定的儀器測定條件下，分別添加三個(gè)濃度梯度1.009、2.018、8.072 mg/L的標(biāo)準(zhǔn)溶液，作為加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)溶液1#、溶液2#、溶液3#進(jìn)行加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)，每次進(jìn)樣，先測空白溶液，再測加標(biāo)溶液，每個(gè)濃度重復(fù)測定兩次，取平均值進(jìn)行加標(biāo)回收率計(jì)算。結(jié)果如表3所示。

表3 加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)Table 3 Testing results of recovery rate /(mg·L-1)

根據(jù)表3可知，三組濃度的加標(biāo)回收率分別為96.8%、103%和97.8%，均在95.0%～105%，表明方法的準(zhǔn)確度較高。

3 結(jié)語

通過添加濃硝酸溶解顏料綠58，建立了電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法測定水中顏料綠58的定量分析方法。經(jīng)方法學(xué)驗(yàn)證，檢出限為3.0×10-3mg/L，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差小于3%，加標(biāo)回收率在95.0%～105%，結(jié)果令人滿意。研究結(jié)果表明，本方法樣品前處理簡單，線性范圍寬，準(zhǔn)確度和精密度均達(dá)到分析化學(xué)的要求，建立的方法適合顏料綠58的定量分析。

[1]MOROZUMI Kazumasa，OSADA Shuichiro.Green pigment dispersion that contains phthalocyanine compound：EP，2489702A1[P].2012-08-22.

[2]LEE Patricia T C，CHIU Chihwei，CHANG L Y，et al.Tailoring Pigment Dispersants with Polyisobutylene Twin-TailStructures for Electrowetting Display Application[J].ACS Appl.Mater.Interfaces，2014（6）：14345-14352.

[3]鄭國經(jīng).電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜分析儀器與方法的新進(jìn)展[J].冶金分析（Metallurgical Analysis），2014，34（11）：1-10.

[4]徐國津，樊穎果，趙倩.電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法測定電鍍污泥浸出液中的重金屬[J].化學(xué)分析計(jì)量（Chemical Analysis and Meterage），2014，23（3）：32-34.

[5]祿春強(qiáng).電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法測定乳膠制品中9種重金屬元素[J].檢驗(yàn)檢疫學(xué)刊（Journal of Inspection and Quarantine），2016（1）：12-14.

[6]楊華，張勇剛.電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法（ICPOES）測定水系沉積物中6種重金屬元素[J].中國無機(jī)分析化學(xué)（Chinese Journal of Inorganic Analytical Chemistry），2014，4（1）：22-24.

[7]樂淑葵，段永梅.電感耦合等離子體質(zhì)譜法（ICP-MS）測定土壤中的重金屬元素[J].中國無機(jī)分析化學(xué)（Chinese Journal of Inorganic Analytical Chemistry），2015，5（3）：16-19.

[8]楊靜.電感耦合等離子體發(fā)射光譜法（ICP-OES）與石墨爐原子吸收光譜法測定飲用水中重金屬元素的比較[J].中國無機(jī)分析化學(xué)（Chinese Journal of Inorganic Analytical Chemistry），2015，5（4）：16-19.

[9]趙子劍，張偉建.電感耦合等離子體質(zhì)譜法（ICP-MS）測定化妝品中鈹、鉻、砷、鎘、碲、釹、鉈、鉛[J].中國無機(jī)分析 化 學(xué) （Chinese Journal of Inorganic Analytical Chemistry），2015，5（2）：9-11.

[10]徐國津，李申杰，胡財(cái)平，等.電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法測定垃圾焚燒飛灰中重金屬的浸出率[J].環(huán)境 科 技 （Environmental Science and Technology），2016，29（4）：70-73.

[11]黎林，雷雙雙，陳云霞.微波消解-電感耦合等離子體發(fā)射光譜法測定車用催化劑中貴金屬[J].冶金分析（Metallurgical Analysis），2012，32（9）：51-54.