電感耦合等離子體發(fā)射光譜在測定融雪劑中鎘、鉻、鉛、砷的應用研究

王茂盛，王景鳳，胡燕秀，董更福，張冬艷

(西部礦業(yè)集團科技發(fā)展有限公司，青海西部礦業(yè)工程技術(shù)研究有限公司，青海省高原礦物加工工程與綜合利用重點實驗室，青海省有色礦產(chǎn)資源工程技術(shù)研究中心，青海 西寧 810006)

冬季降雪天氣，面對受積雪影響的高速公路、機場以及城市道路，因積雪結(jié)冰而濕滑，造成交通阻滯或交通事故頻發(fā)的現(xiàn)狀，及時有效地清除道路上的積雪對于保證交通的暢通和車輛的安全十分重要[1]。融雪劑以其高效的除冰能力而被國內(nèi)外廣泛應用[2]。

融雪劑是一種用來冬季除雪或者道路防凍結(jié)的化學物質(zhì)，成分主要是醋酸鉀和氯鹽。其中，醋酸鉀屬于有機融雪劑，融雪效果好，腐蝕小，但價格高；常用的融雪劑則以氯鹽為主，氯鹽類融雪劑除冰作業(yè)簡便、成本低廉，成為我國道路除雪化冰的常用方法[3-4]。氯鹽融雪劑常見的有氯化鈉、氯化鈣、氯化鎂等，價格便宜，在道路或橋梁上撒布融雪劑是最主要的除冰融雪措施[5]，工業(yè)用鹽融雪劑雖然成分簡單，卻也存在一定的弊端：比如堆放在綠化帶、樹坑里就會對植物造成影響；進入地表水體會造成鹽濃度升高，從而對水質(zhì)產(chǎn)生影響等；同時，因為融雪劑中含有的鹽物質(zhì)，遇水會發(fā)生鹽漲現(xiàn)象，使路基受損；鹽類物會與瀝青發(fā)生化學反應，將大大減少瀝青與砂石之間的連接力，容易造成瀝青表面脫落；公路設(shè)施或者汽車輪胎有一定的損害；融雪劑對環(huán)境及結(jié)構(gòu)物具有負面影響，也會造成瀝青路面性能的顯著降低[6-8]，另外，還有可能含有鉛、砷等重金屬有害物質(zhì)。隨著融雪劑使用量的不斷增加，其對環(huán)境的影響受到社會各界越來越多的關(guān)注[9]。

氯鹽類無機融雪劑，其主要成分為工業(yè)用鹽。由于工業(yè)用鹽沒有嚴格的標準，一些重金屬元素含量較高，使用融雪劑后的積雪融化之后進入土壤，隨之進入食物鏈危害環(huán)境，危害人體健康。因此需要有效控制融雪劑產(chǎn)品的質(zhì)量進而降低其對環(huán)境的污染。根據(jù)國家標準《GB/T 23851-2017》，融雪劑中重金屬指標的檢測方法主要有：原子吸收分光光度法、原子熒光光譜法等，均為單元素測定，工作效率低。電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法具有精密度好、準確度高、檢出限低、基體效應小、線性動態(tài)范圍寬、分析速度快、可同時測定高中低含量及痕量組分、可多元素同時測定等諸多優(yōu)點[10]，得到廣泛應用[11-18]。文章結(jié)合融雪劑的檢測現(xiàn)狀開展試驗研究，從環(huán)保的角度出發(fā)，進行電感耦合等離子體發(fā)射光譜在測定融雪劑中鎘、鉻、鉛、砷的應用研究，為融雪劑中雜質(zhì)元素的快速測定提供技術(shù)支撐。

1 實驗部分

1.1 基準物質(zhì)

鎘粒，5 N，國藥集團化學試劑有限公司，規(guī)格：25 g；重鉻酸鉀，優(yōu)級純；鉛粒，5 N，國藥集團化學試劑有限公司，規(guī)格，25 g；三氧化二砷，純度為99.95%，水口山二廠化學試劑廠。

1.2 標準溶液的配制

1.2.1 單元素標準儲備溶液

鎘標準溶液(1 mg/mL)。將高純鎘粒用(1+9)的硝酸處理表面的氧化層，用水和乙醇洗滌、風干。準確稱取0.200 0 g處理后的高純鎘粒于250 mL燒杯中，加(1+1)硝酸20 mL，蓋表皿，低溫加熱溶解完全，取下冷卻，水洗表皿及杯壁，移入200 mL容量瓶中，以水定容，搖勻。

鉻標準溶液(1 mg/mL)。準確稱取110 ℃烘干2 h的重鉻酸鉀0.282 9 g，用水溶解后，移入1 000 mL容量瓶中，以水定容，搖勻。

鉛標準溶液(1 mg/mL)。將高純鉛粒用(1+9)的硝酸處理表面的氧化層，用水和乙醇洗滌、風干。準確稱取0.200 0 g處理后的高純鉛粒于250 mL燒杯中，加入(1+1)硝酸20 mL，蓋表皿，低溫加熱溶解完全，取下冷卻，水洗表皿及杯壁，移入200 mL容量瓶中，以水定容，搖勻。

砷標準溶液(1 mg/mL)。準確稱取三氧化二砷0.264 1 g于250 mL燒杯中，加入(1+1)鹽酸溶液10 mL，蓋表皿，微熱溶解完全，取下冷卻，水洗表皿及杯壁，移入200 mL容量瓶中，以水定容，搖勻。

1.2.2 混合標準溶液

Cd、Cr、Pb、As標準溶液(100 μg/mL)。分別移取上述1 mg/mL的Cd、Cr、Pb、As單元素標準溶液各10.00 mL于100 mL容量瓶中，以水定容，搖勻。

1.2.3 混合標準工作溶液

Cd、Cr、Pb、As標準溶液(10 μg/mL)。分別移取上述100 μg/mL的Cd、Cr、Pb、As混合標準溶液各10.00 mL于100 mL容量瓶中，以水定容，搖勻。

1.3 儀器工作條件

電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀，iCAP 7000 SERIES 型，美國賽默飛世爾科技有限公司；RF功率1 150 W；冷卻氣流量12 L/min；輔助氣流量0.5 L/min，載氣流量0.5 L/min，觀測高度12 mm，積分時間，長波5 s、短波10 s。

2 結(jié)果與討論

2.1 樣品處理

準確稱取5.000 0 g試樣于100 mL燒杯中，加入50 mL水，用玻璃棒不斷攪拌待試樣溶解完全，水洗杯壁，移入100 mL容量瓶中，以水定容，搖勻，干過濾。

準確移取10.00 mL上述干過濾后的溶液于一組100 mL容量瓶中，分別加入0 mL、0.10 mL、0.50 mL、1.00 mL、2.00 mL鎘、鉻、鉛、砷的混合標準工作溶液(10 μg/mL)，以水定容，搖勻，待測。

以空白溶液調(diào)零，測其光譜強度，以標準加入法的質(zhì)量濃度為橫坐標，相應的光譜強度為縱坐標，繪制標準曲線，反向延長標準曲線與橫坐標軸的交點即為待測元素的質(zhì)量濃度，乘以樣品相應的稀釋倍數(shù)，即得樣品中待測元素含量。

2.2 分析譜線的選擇

消除光譜干擾最有效的方法即優(yōu)選適宜的分析譜線，ICP的譜線選擇可參考相關(guān)資料，在設(shè)定試驗條件下，對4種待測元素的譜線分別進行掃描，進行光譜干擾探討，通過分析各譜線的疊加情況，得到各待測元素的分析譜線見表1。

表1 分析譜線Tab.1 Analytical spectral line

2.3 標準溶液的梯度選擇

為了建立濃度區(qū)間適宜的標準曲線，滿足相關(guān)系數(shù)不低于0.999，進行了多次試驗，配制了樣品的基體溶液、試劑的空白溶液和待測元素的光譜干擾試驗溶液，優(yōu)選出混合標準工作溶液的濃度見表2。

表2 標準曲線濃度梯度Tab.2 Concentration gradient of standard curve μg·mL-1

2.4 基體干擾探討

采用單因素試驗法，在不同基體濃度下，考察不同含量的鎘、鉻、鉛、砷元素在選定波長下基體的干擾情況，逐一對待測元素的不同干擾濃度進行試驗，考察基體濃度對待測元素的干擾情況，確定扣除背景方式和干擾限值，確定基體均無明顯影響的濃度。試驗過程準確移取10.00 mL樣品溶液于一組100 mL容量瓶中，分別加入2.00 mL鎘、鉻、鉛、砷標準工作溶液(10 μg/mL)，以水定容，搖勻，進行基體干擾試驗。試驗結(jié)果表明：基體濃度在5 mg/mL時，對待測元素無干擾。

2.5 重復性試驗

為了驗證分析方法的精密度，對同一樣品獨立進行6次測定，測定結(jié)果見表3。

表3 重復性試驗結(jié)果Tab.3 Results of repeatability test

續(xù)表3 (Continue)

2.6 加標回收試驗

為了驗證檢測方法的準確度，通過加入一定質(zhì)量待測元素的標準溶液進行試驗，得到各待測元素的回收率在95.96%～101.23%，滿足要求，實驗結(jié)果見表4。

表4 加標回收試驗結(jié)果Tab.4 Results of standard addition recovery test %

3 結(jié)論

通過試驗優(yōu)選出適宜的分析譜線，建立了電感耦合等離子體發(fā)射同時測定融雪劑中的鎘、鉻、鉛、砷元素的含量分析方法。建立了能夠涵蓋樣品含量區(qū)間的標準曲線，鎘、鉻、鉛、砷的質(zhì)量濃度在0.10 μg/mL～2.00 μg/mL范圍內(nèi)與光譜強度呈良好的線性關(guān)系，相關(guān)系數(shù)均大于0.999。通過開展加標回收試驗，樣品加標回收率為95.96%～101.23%，驗證了方法的準確度，通過進行重復性試驗，得到測定結(jié)果的標準偏差滿足要求，值得推廣應用。