電感耦合等離子體發(fā)射光譜法測定煤礦水中鈣和鎂

張凇慧 盧小海 李雪梅 謝 超 范香娟

(1.外生成礦與礦山環(huán)境重慶市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 重慶地質(zhì)礦產(chǎn)研究院，重慶 400042；2.煤炭資源與安全開采國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 重慶研究中心，重慶 400042)

0 引言

我國煤炭開采方式以井工開采為主，且含煤地層一般在地下含水層之下，因此煤炭開采過程中會排出大量礦井水[1]。鈣、鎂金屬離子是煤礦水中的主要陽離子，水質(zhì)硬度形成的最重要的兩種元素[2]。

目前，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)MT/T202-2008中測定煤礦水中鈣、鎂的方法是EDTA絡(luò)合滴定法、原子吸收光譜法(AAS)。絡(luò)合滴定檢測方法是比較經(jīng)典、準(zhǔn)確的測定方法，但在日常檢測工作中涉及多種化學(xué)試劑，其操作過程相對儀器法較繁瑣，且滴定法易被干擾，工作效率較低[3-4]。原子吸收光譜法測定過程簡單、快速，但需要加入釋放劑(氯化鑭)消除干擾[5]，且只能單元素測定，線性范圍窄，分析每種元素都需要更換和預(yù)熱相應(yīng)的空心陰極燈，操作較繁瑣[6]。

ICP-AES法能克服其他方法的線性范圍窄、測定速率慢、對環(huán)境產(chǎn)生二次污染等缺點(diǎn)，是現(xiàn)代分析測試技術(shù)中一種可以適用于復(fù)雜基體的重要分析手段[7，8]，具有較高精密度、分析速度快，基體效應(yīng)小、檢出限低等特點(diǎn)[9-12]，目前已廣泛應(yīng)用于生活飲用水、廢水、地下水、地表水中金屬元素的測定[13]。但國內(nèi)外沒有ICP—AES法測定煤礦水中鈣、鎂金屬元素的標(biāo)準(zhǔn)，且相關(guān)報(bào)道較少。本實(shí)驗(yàn)采用ICP-AES法測定煤礦水中的鈣、鎂，根據(jù)實(shí)驗(yàn)室質(zhì)控要求，進(jìn)行檢出限、精密度與加標(biāo)回收試驗(yàn)，對測定結(jié)果作數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析。證明該方法檢測快速、操作方便、檢測線性范圍寬，檢出限低，精密度高，準(zhǔn)確度高，具有在實(shí)踐中推廣應(yīng)用的價(jià)值。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器

ICAP 7400電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀(美國賽默飛)。

1.2 試劑

所用水符合GB/T 6682分析實(shí)驗(yàn)室用水要求。

鹽酸溶液5%，吸取鹽酸5mL用水稀釋至100mL容量瓶中，混勻。

鈣標(biāo)準(zhǔn)貯備溶液：c(Ca)=1.0mg/mL。使用市售有證標(biāo)準(zhǔn)溶液配制。

鎂標(biāo)準(zhǔn)貯備溶液：c(Mg)=1.0mg/mL。使用市售有證標(biāo)準(zhǔn)溶液配制。

鈣、鎂混合標(biāo)準(zhǔn)溶液：c(Ca)=0.1mg/mL和c(Mg)=0.1mg/mL。準(zhǔn)確吸取10mL鈣標(biāo)準(zhǔn)貯備溶液和10mL鎂標(biāo)準(zhǔn)貯備溶液至100mL容量瓶中，用鹽酸溶液稀釋至刻度，搖勻。

1.3 標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制

用移液槍分別準(zhǔn)確吸取鈣、鎂混合標(biāo)準(zhǔn)溶液0.00mL、0.5mL、1mL、2mL、5mL、10mL于一系列100mL容量瓶中，另取5mL鈣標(biāo)準(zhǔn)貯備溶液于100mL容量瓶中，用鹽酸溶液稀釋至刻度，搖勻。該系列鈣濃度為0.00mg/L、0.50mg/L、1.00mg/L、2.00mg/L、5.00mg/L、10.00mg/L、50.00mg/L。鎂濃度為0.00mg/L、0.50mg/L、1.00mg/L、2.00mg/L、5.00mg/L、10.00mg/L。

1.4 樣品溶液的制備

準(zhǔn)確吸取經(jīng)0.45μm混合纖維濾膜[14]過濾的待測水樣10.0mL于100mL容量瓶中，用鹽酸溶液稀釋至刻度，搖勻待測，同時(shí)以實(shí)驗(yàn)室用水代替試樣進(jìn)行空白試驗(yàn)。

1.5 測定條件

實(shí)驗(yàn)中鈣、鎂的測定條件見表1。

表1 儀器測定條件

1.6 樣品測定

標(biāo)準(zhǔn)系列的測定：儀器開機(jī)預(yù)熱，點(diǎn)燃等離子體后預(yù)熱至少30min，編制測定方法，測定標(biāo)準(zhǔn)系列，儀器自動繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，計(jì)算回歸方程。測定試樣及空白溶液。作兩份試驗(yàn)水樣的重復(fù)測定。

1.7 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理

煤礦水中電感耦合等離子體發(fā)射光譜法測定鈣和鎂的含量按下式計(jì)算：

ρ(Ca、Mg)(mg/L)=(ρ1-ρ0)×10

式中：ρ(Ca、Mg)——試驗(yàn)水樣中鈣或鎂的質(zhì)量濃度，單位為毫克每升(mg/L)；

ρ0——在標(biāo)準(zhǔn)曲線上查得試劑空白溶液中的鈣或鎂的質(zhì)量濃度，單位為毫克每升(mg/L)；

ρ1——在標(biāo)準(zhǔn)曲線上查得試驗(yàn)水樣中的鈣或鎂的質(zhì)量濃度，單位為毫克每升(mg/L)；

10——待測水樣稀釋倍數(shù)。

2 結(jié)果及討論

2.1 分析線的選擇

ICP-AES法對每個(gè)元素的測定都同時(shí)可以選擇多條特征譜線，選擇被測元素的分析線必須考慮其靈敏度、背景干擾情況、及其穩(wěn)定性等因素。在儀器分析線數(shù)據(jù)庫中給出了鈣、鎂各分析線中靈敏度較高的多條特征譜線，綜合分析強(qiáng)度、干擾情況及其穩(wěn)定性，鈣在317.933nm，鎂在285.213nm波長下有更高的相對強(qiáng)度，更低的信號噪音，更高的靈敏度，更小的譜線干擾，更低的背景等效濃度[15]，因此選擇譜線波長為：Ca 317.933nm，Mg 285.213nm。相關(guān)系數(shù)見表2。

表2 標(biāo)準(zhǔn)曲線相關(guān)系數(shù)

表3 方法精密度實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.2 方法精密度

按照實(shí)驗(yàn)方法對煤礦水1#、煤礦水2#、煤礦水3#分別進(jìn)行6次平行測定，統(tǒng)計(jì)測定結(jié)果的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差，對本方法的精密度進(jìn)行檢驗(yàn)結(jié)果見表3，鈣、鎂元素的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差均小于1%。

2.3 方法檢出限

連續(xù)測定11個(gè)全程空白試樣，試驗(yàn)結(jié)果見表4。鈣元素方法檢出限為0.013mg/L，鎂元素方法檢出限為0.005mg/L。

表4 方法檢出限

2.4 回收率試驗(yàn)

選取上述3個(gè)煤礦水樣各2份，分別加入適量鈣、鎂標(biāo)準(zhǔn)溶液，按照實(shí)驗(yàn)方法制備樣品溶液，同時(shí)制備試驗(yàn)空白。按照表1選定的工作條件測定鈣、鎂的含量，計(jì)算回收率，結(jié)果見表5。

表5 回收率試驗(yàn)結(jié)果

3 結(jié)論

本文應(yīng)用美國賽默飛ICAP 7400電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀同時(shí)測定煤礦水中鈣、鎂離子。在選定的測定條件下鈣的檢出限為0.013mg/L，鎂的檢出限為0.005mg/L，RSD在0.2%～0.8%之間，加標(biāo)回收率達(dá)到96%～105%。證明該方法檢測快速、操作方便，檢出限低，精密度高，準(zhǔn)確度高，檢測線性范圍寬，具有在實(shí)踐中推廣應(yīng)用的價(jià)值。