高壓密閉消解—電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法測定陽極泥中鉛、錳、鋅

李維棟，張 歌，降林華，徐初陽

(1.安徽理工大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，安徽 淮南 232001；2.中國環(huán)境科學(xué)研究院 重金屬清潔生產(chǎn)工程技術(shù)中心，北京 100012)

鋅電解過程產(chǎn)生的陽極泥中含有大量Pb、Mn、Zn等重金屬元素[1]。Pb主要來源于鉛板腐蝕溶解[2]，Mn主要來源于電解工藝制膜封鉛過程。目前，測定陽極泥中Pb、Mn、Zn有滴定法、原子吸收光譜法和原子熒光光譜法等。滴定法主觀判斷度誤差較大，對(duì)滴定終點(diǎn)判定不準(zhǔn)確，且耗時(shí)較長。原子吸收光譜法無法同時(shí)測定多種元素，且測定過程復(fù)雜、時(shí)間長。原子熒光光譜法適用元素范圍較窄，且某些元素測定條件比較苛刻[3]。高壓密閉消解樣品酸耗較少，密閉空間內(nèi)揮發(fā)損失較少且不易被污染[4]；ICP-AES法檢測速度快，靈敏度高，可同時(shí)對(duì)多種元素進(jìn)行檢測[5-10]：因此，研究了以高壓密閉法消解樣品、以ICP-AES法同時(shí)測定陽極泥中的Pb、Mn、Zn。

1 試驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

Pipet-Lite移液槍；DB-2B數(shù)顯控溫不銹鋼加熱板；Milli-Q超純水系統(tǒng)，英國Millipore公司；BS-224S型電子天平，德國Sartorius科學(xué)儀器有限公司；PE Optima 8000型電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀，美國PerkinElmer公司；配備自動(dòng)進(jìn)樣器；電熱鼓風(fēng)干燥箱，XCT3，上海圣欣科學(xué)儀器有限公司；分裝式高壓密封消解罐。

氫氟酸，分析純，西隴化工股份有限公司；鹽酸，硝酸，BⅧ級(jí)，北京化學(xué)試劑研究所；鉛、鋅、錳單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液，1 000 μg/mL，國家有色金屬及電子材料分析測試中心。

1.2 ICP-AES工作參數(shù)

十字交叉霧化器及Scott霧室。

測定條件：射頻功率1 300 W，等離子體流量15 L/min，輔助氣流量0.2 L/min，霧化器流量0.55 L/min， 泵進(jìn)樣量0.8 mL/min，沖洗時(shí)間20 s， 穩(wěn)定時(shí)間5 s。目標(biāo)元素分析譜線波長：Pb，220.353 nm；Mn，257.610 nm；Zn，206.200 nm。

1.3 試驗(yàn)原理與方法

1.3.1 樣品預(yù)處理

從某鋅電解車間電解槽采集具有代表性的陽極泥樣品若干個(gè)，晾干后研磨過250目篩，備用。

1.3.2 樣品消解

高壓密閉消解是在干燥箱中利用密封的PTFE內(nèi)膽加溫加壓對(duì)待測樣品進(jìn)行消解，在密閉加熱消解條件下既可降低因酸揮發(fā)造成的測定結(jié)果誤差，又可提高待測樣品消解率[11-12]。

陽極泥中含有大量重金屬、鹽類、硫化物、有機(jī)物質(zhì)等。采用加熱板加熱與微波消解時(shí)待測樣品消解不徹底，檢測結(jié)果誤差較大。利用消解罐體內(nèi)高溫高壓密閉強(qiáng)酸體系(HF、HCl、HNO3、H2O2混合強(qiáng)酸體系)環(huán)境可快速消解難溶物質(zhì)，將固態(tài)樣品消解為離子狀態(tài)，縮短消解時(shí)間；且可使被測組分因揮發(fā)導(dǎo)致的損失降到最小，提高測定準(zhǔn)確性。常用來消解測定微量元素及痕量元素。

首先用0.49 mol/L稀硝酸浸泡消解罐8 h，然后用0.049 mol/L稀硝酸溶液沖洗干凈并烘干，加入5 mL硝酸溶液，在高壓密閉消解儀中進(jìn)行3次高溫清洗，待消解罐溫度冷卻至室溫后取出，加入0.05 g待測樣品、1 mL氫氟酸、3 mL 鹽酸、6 mL硝酸及2 mL過氧化氫[13-14]，混合搖勻后靜置一段時(shí)間，擰緊消解罐放入消解儀中進(jìn)行消解。在160 ℃下消解3～4 h，待消解罐溫度降至室溫，取出消解液放置在電加熱板上連續(xù)趕酸8～12次，之后定容至50 mL，待測。

空白樣品加入1 mL氫氟酸、3 mL鹽酸、6 mL硝酸及2 mL過氧化氫的混酸體系溶液作參比。

1.3 標(biāo)準(zhǔn)溶液配制

分別移取10 mL Pb、Mn、Zn單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液于100 mL容量瓶中，用稀硝酸溶液稀釋成質(zhì)量濃度100 mg/L的混合標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液。再逐級(jí)稀釋后配制不同質(zhì)量濃度的目標(biāo)元素標(biāo)準(zhǔn)混合溶液，質(zhì)量濃度分別為0.1、0.5、1.0、5.0、10.0、50.0、100.0 mg/L。參比溶液為0.049 mol/L稀硝酸溶液。

試驗(yàn)用水為超純水，電阻率不小于11.6 MΩ·cm。

1.4 加標(biāo)回收試驗(yàn)

取3個(gè)待測樣品各一式兩份，一份在高壓密閉消解后進(jìn)行ICP-AES測定，結(jié)果作為標(biāo)準(zhǔn)值；另一份添加適量標(biāo)準(zhǔn)溶液后進(jìn)行加標(biāo)回收試驗(yàn)，根據(jù)加標(biāo)回收率驗(yàn)證測定結(jié)果的準(zhǔn)確性。

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 儀器分析譜線的選擇

利用ICP-AES測定多種元素，分析譜線應(yīng)選擇靈敏度較高、信噪比較高、背景值較低且各目標(biāo)元素光譜之間無相互干擾的譜線[15]。試驗(yàn)所選譜線：Pb 220.353 nm，Mn 257.610 nm，Zn 206.200 nm。3種元素均有很好的響應(yīng)值。

2.2 標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制及檢出限

根據(jù)儀器工作條件對(duì)不同質(zhì)量濃度標(biāo)準(zhǔn)混合溶液進(jìn)行測定并繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。在最佳儀器工作條件下，對(duì)空白溶液連續(xù)測定11次，以3倍標(biāo)準(zhǔn)偏差計(jì)算各元素檢出限[16]、校正儀器基體效應(yīng)與信號(hào)漂移誤差。結(jié)果表明，用ICP-AES對(duì)3種目標(biāo)元素進(jìn)行測定的相關(guān)系數(shù)均大于0.999 9，線性關(guān)系良好，滿足分析要求。具體標(biāo)準(zhǔn)曲線參數(shù)見表1。

表1 標(biāo)準(zhǔn)曲線參數(shù)

2.3 加標(biāo)回收試驗(yàn)

按試驗(yàn)方法對(duì)陽極泥中Pb、Mn、Zn進(jìn)行測定，同時(shí)采用加標(biāo)回收法進(jìn)行準(zhǔn)確度排差，Pb、Mn、Zn加標(biāo)量分別為20、30、10 g/kg，加標(biāo)回收試驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2 加標(biāo)回收試驗(yàn)結(jié)果

由表2看出：3種元素的加標(biāo)回收率均在97.30%～101.80%范圍內(nèi)，說明方法準(zhǔn)確可靠。

2.4 精密度與準(zhǔn)確度測定

用高壓密閉消解—ICP-AES法測定2個(gè)樣品中Pb、Mn、Zn，每個(gè)樣品平行測定8次，結(jié)果見表3?？梢钥闯觯髟販y定結(jié)果的RSD均小于1.83%，說明方法的精密度較高。

按試驗(yàn)方法測定2個(gè)樣品中的Pb、Mn、Zn，每個(gè)樣品平行測定3次，計(jì)算平均值與標(biāo)準(zhǔn)參考值，測定結(jié)果見表4?？梢钥闯?，3種目標(biāo)元素測定結(jié)果的相對(duì)誤差均小于0.67%，RSD均小于1.49%，說明測定結(jié)果準(zhǔn)確度較高。

表3 精密度測定結(jié)果

表4 準(zhǔn)確度測定結(jié)果

3 結(jié)論

采用高壓密閉消解—ICP-AES法測定陽極泥中Pb、Mn、Zn，測定結(jié)果準(zhǔn)確、可靠，方法有較強(qiáng)抗干擾能力，可以同時(shí)測定多種元素，對(duì)于陽極泥中多種元素的同時(shí)測定有較好的適用性。