ICP-AES法測(cè)定含鈹污水中鈹銅鉻鐵

陳 紅，李 暉，張健康，殷藝丹

（1.西北稀有金屬材料研究院寧夏有限公司，寧夏石嘴山 753000；2.稀有金屬特種材料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，寧夏石嘴山 753000）

含鈹污水需要經(jīng)過(guò)絮凝、沉淀、過(guò)濾等凈化分離步驟，才能達(dá)到合格排放目的［1］。國(guó)家現(xiàn)行污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)要求處理后污水中Be濃度＜5μg/L、Cu濃度＜2 mg/L［2］，不合格污水需返回重新處理。凈化合格后的水質(zhì)檢驗(yàn)，目前有兩種分析方法，鉻青R分光光度法［3］及石墨爐-原子吸收分光光度法［4］。

在實(shí)際污水處理環(huán)節(jié)中，污水中Be量及其它元素如Cu、Cr、Fe的含量等對(duì)處理過(guò)程和最終的凈化結(jié)果都有不同程度的影響［5］，因此，監(jiān)測(cè)含鈹污水處理前、中、后的水樣成分也不容忽視。由于日常生產(chǎn)中每天污水成分和排污量不固定，而需要一種線性范圍寬，抗干擾能力強(qiáng)，且能同時(shí)測(cè)定污水樣中多種元素的分析方法，傳統(tǒng)的石墨爐-原子吸收光譜法及分光光度法難以滿足要求，ICP-AES法卻能符合。

試驗(yàn)通過(guò)對(duì)測(cè)定方法中Be、Cu、Cr、Fe元素分析譜線的選定，溶液中基體元素干擾、共存元素干擾及分析方法酸度影響等，確定了含鈹污水中Be、Cu、Cr、Fe元素測(cè)定的ICP-AES法，滿足含鈹污水處理工藝過(guò)程中的分析檢測(cè)需求。

1 試驗(yàn)部分

1.1 主要儀器與試劑

1.儀器：iCAP6300全譜直讀等離子體發(fā)射光譜儀，美國(guó)賽默飛世爾科技公司制。

2.標(biāo)準(zhǔn)溶液：1 000μg/mL Be、Cu、Cr、Fe標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液，國(guó)家鋼鐵材料測(cè)試中心制。

3.鹽酸，優(yōu)級(jí)純。

4.硝酸，優(yōu)級(jí)純。

5.試驗(yàn)用水為二次交換去離子水。

1.2 儀器工作參數(shù)

分析射頻功率：1 150 W；沖洗泵速：125 r/min；分析泵速：50 r/min；輔助氣體流量：0.5 L/min；積分時(shí)間：10 s；等離子觀測(cè)方式：水平觀測(cè)。

1.3 樣品的預(yù)處理

準(zhǔn)確移取100.00 mL水樣于250 mL聚四氟乙烯燒杯中，加入5 mL鹽酸-硝酸（鹽酸∶硝酸＝1∶1，體積比）酸化水樣。將盛有水樣的聚四氟乙烯燒杯放置于120～140℃低溫電熱板，蒸干去除有機(jī)物，取下冷卻，加入5 mL鹽酸，將溶液轉(zhuǎn)移至100 mL容量瓶中，稀釋至刻度，混勻，待測(cè)。隨同試樣做空白試驗(yàn)。

若待測(cè)元素超出標(biāo)準(zhǔn)曲線范圍，需稀釋測(cè)定。

1.4 標(biāo)準(zhǔn)曲線繪制

將濃度為1 000μg/mL的Be、Cu、Cr、Fe元素標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液逐級(jí)稀釋至所需配制標(biāo)準(zhǔn)溶液系列。此標(biāo)準(zhǔn)溶液系列介質(zhì)為5%體積分?jǐn)?shù)鹽酸，Be、Cu、Cr、Fe元素的質(zhì)量濃度見(jiàn)表1。

表1 標(biāo)準(zhǔn)溶液系列中各元素的質(zhì)量濃度 μg/mL

2 結(jié)果與討論

2.1 分析元素譜線的選擇

于美國(guó)賽默飛世爾科技公司生產(chǎn)型號(hào)為iCAP6300全譜直讀等離子體發(fā)射光譜儀的儀器譜線庫(kù)推薦的譜線中選擇Be、Cu、Cr和Fe的幾條發(fā)射強(qiáng)度較高的特征譜線，分別對(duì)空白試驗(yàn)溶液、各待測(cè)元素的標(biāo)準(zhǔn)溶液（濃度為5μg/mL）、基體溶液（Ca、Mg濃度為100μg/mL）及樣品試驗(yàn)溶液于全譜直讀等離子體發(fā)射光譜儀進(jìn)樣，進(jìn)行圖譜掃描，根據(jù)各譜線輪廓和強(qiáng)度值，選擇靈敏度高、無(wú)干擾或干擾少、信背比高的譜線，Be、Cu、Cr、Fe元素的分析譜線見(jiàn)表2。

表2 分析元素譜線的選擇

將表2譜線通過(guò)譜圖分析對(duì)比，基體元素Ca、Mg對(duì)所選的Be、Cu、Cr、Fe分析譜線均無(wú)干擾。

2.2 基體濃度的影響

含鈹污水由自來(lái)水引入工藝裝置，因此，其組成中除Be、Cu、Cr、Fe等待測(cè)元素以外，主體元素主要為Ca和Mg。通過(guò)對(duì)日常處理前、中、后的水樣樣本大量檢測(cè)，得出水樣中Ca和Mg最大濃度分別為100μg/mL、100μg/mL。

1.在5μg/mL的Be、Cu、Cr、Fe試驗(yàn)溶液中，分別加入150μg/mL的Ca基體溶液，并保證酸度匹配，測(cè)定待測(cè)元素Be、Cu、Cr、Fe譜線發(fā)射強(qiáng)度值Ix及不加基體溶液時(shí)譜線發(fā)射強(qiáng)度值ICa。以Ix/ICa之值考察基體元素的存在對(duì)待測(cè)元素的測(cè)定影響，測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 鈣基體干擾試驗(yàn)

Ix/ICa之值越接近1，表明主體元素的存在對(duì)待測(cè)元素的測(cè)定影響越小，反之，則表明影響較大。由表3數(shù)據(jù)可以看出，當(dāng)Ca基體濃度為150μg/mL時(shí)，在iCAP6300全譜直讀等離子體發(fā)射光譜儀的測(cè)定中對(duì)Be、Cu、Cr、Fe元素結(jié)果影響微弱。實(shí)際日常水樣Ca基體濃度小于150μg/mL，因此Ca基體干擾可忽略不計(jì)。

2.在5μg/mL的Be、Cu、Cr、Fe試驗(yàn)溶液中，分別加入Mg基體溶液（同時(shí)保證酸度匹配），濃度依次為10μg/mL、20μg/mL、50μg/mL、100μg/mL、150μg/mL。測(cè)定待測(cè)元素Be、Cu、Cr、Fe譜線發(fā)射強(qiáng)度值Ix及不加基體溶液時(shí)譜線射強(qiáng)度值IMg。以Ix/IMg之值考察基體元素的存在對(duì)待測(cè)元素的測(cè)定影響，測(cè)定結(jié)果如圖1所示。

圖1 Mg基體干擾試驗(yàn)

由圖1看出，Mg基體濃度小于100μg/mL時(shí)，在iCAP6300全譜直讀等離子體發(fā)射光譜儀的測(cè)定中對(duì)Be、Cu、Cr、Fe元素結(jié)果影響微弱，可忽略不計(jì)。當(dāng)Mg基體濃度大于100μg/mL時(shí)，對(duì)Be、Cu、測(cè)定影響較小，對(duì)Cr、Fe測(cè)定有一定的負(fù)干擾。在日常生產(chǎn)污水試樣中，Mg基體濃度一般情況下小于100 μg/mL，可以配制Be、Cu、Cr、Fe混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，無(wú)需基體匹配，直接測(cè)定。如遇到特殊情況，Mg基體濃度大于100μg/mL時(shí)，在測(cè)定Cr、Fe元素時(shí)，需根據(jù)Mg量采用相應(yīng)的措施，必要時(shí)進(jìn)行基體匹配或者標(biāo)準(zhǔn)加入校正方法處理，以保證測(cè)定結(jié)果的準(zhǔn)確性。

2.3 共存元素干擾試驗(yàn)

含鈹污水在凈化處理過(guò)程中，水樣里Be、Cu、Cr、Fe含量隨每天的排污量及工藝變化而改變，一般在5μg/mL左右。試驗(yàn)在單元素濃度為5μg/mL Be、Cu、Cr、Fe標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)溶液中，各自分別加入對(duì)應(yīng)共存元素，以加入前后譜線發(fā)射強(qiáng)度的比值考察共存影響。結(jié)果表明，Be、Cu、Cr、Fe在5μg/mL共存濃度下相互間共存干擾很小，可忽略不計(jì)。

2.4 樣品溶液酸度的選擇

酸化蒸干后的污水殘?jiān)墒褂名}酸或硝酸浸取。通過(guò)試驗(yàn)，以鹽酸酸化及浸取的污水試樣測(cè)定結(jié)果有較好的穩(wěn)定性。且樣品溶液酸度在鹽酸體積分?jǐn)?shù)為7%以下時(shí)，對(duì)被測(cè)元素發(fā)射強(qiáng)度基本無(wú)影響。因此，該方法選擇鹽酸體積分?jǐn)?shù)為5%。

2.5 方法的準(zhǔn)確度

抽取日常產(chǎn)生的污水試樣兩份，分別對(duì)應(yīng)加入近似量濃度的Be、Cu、Cr、Fe標(biāo)準(zhǔn)溶液，做準(zhǔn)確度考核，Be、Cu、Cr、Fe元素加標(biāo)回收試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 加標(biāo)回收試驗(yàn)

由表4可知，各待測(cè)元素加標(biāo)回收率在99.0%～101.8%之間，表明方法準(zhǔn)確度達(dá)到要求。

2.6 方法的精密度

隨機(jī)抽取日常產(chǎn)生的含鈹污水試樣，準(zhǔn)確移取9份100.00 mL平行試液于250 mL聚四氟乙烯燒杯中，按1.3試驗(yàn)步驟處理后測(cè)定，計(jì)算其方法的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差。同時(shí)測(cè)定該方法對(duì)應(yīng)空白溶液9次，計(jì)算其方法檢出限，結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差及檢出限

由表5可知，試驗(yàn)方法中各元素分析的精密度（RSD，n＝9）為0.42% ～1.12%。各元素檢出限Be為0.000 6μg/mL，Cu為0.003 0μg/mL，Cr為0.003 0μg/mL，F(xiàn)e為0.013 8μg/mL。

2.7 對(duì)比試驗(yàn)

含鈹污水中Cu、Cr、Fe的測(cè)定目前尚未檢索到其它分析方法可供對(duì)比，而Be的分析已有兩種國(guó)標(biāo)分析方法可對(duì)比參照。試驗(yàn)同一污水試樣，采用本方法、石墨爐-原子吸收光譜法及分光光度法測(cè)定，檢測(cè)值相互一致。結(jié)果見(jiàn)表6。

表6 方法對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果 μg/mL

3 結(jié) 論

通過(guò)試驗(yàn)分析，建立了一種簡(jiǎn)便準(zhǔn)確，可快速測(cè)定含鈹污水中Be、Cu、Cr、Fe量的分析方法。該方法檢出限低，準(zhǔn)確度和精密度高，同時(shí)可滿足環(huán)境檢測(cè)需要及污水處理工藝改進(jìn)需求，對(duì)鈹產(chǎn)業(yè)發(fā)展具有積極作用。