電熱板加熱消解-電感耦合等離子體發(fā)射光譜法測(cè)定滲濾液中多種金屬元素

黃秋菊，楊曼，覃建友

（1.中國(guó)檢驗(yàn)認(rèn)證集團(tuán)廣西有限公司，廣西防城港 538001；2.廣西生態(tài)工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西柳州 545004）

隨著城市的快速發(fā)展，人口和規(guī)模持續(xù)增加，生活垃圾產(chǎn)量持續(xù)增加。在城市生活垃圾處理中，固體垃圾主要以填埋方式進(jìn)行處理，在填埋處理過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的垃圾滲濾液，如何減少垃圾滲瀝液的危害是應(yīng)用此技術(shù)必須解決的關(guān)鍵問(wèn)題[1]。

垃圾滲濾液是指來(lái)自于垃圾填埋場(chǎng)中垃圾本身含有的水分、進(jìn)入填埋場(chǎng)的雨雪水及其他水分，扣除垃圾、覆土層的飽和持水量，并經(jīng)歷垃圾層和覆土層而形成的一種高濃度廢水。由于垃圾滲濾液的水質(zhì)相當(dāng)復(fù)雜，一般含有高濃度有機(jī)物（如各種芳香族化合物和腐殖質(zhì)等）、重金屬鹽（如鉻、鉛和銅等）、無(wú)機(jī)鹽（如氨根、碳酸根和硫酸根等），不僅會(huì)污染土壤及地表水源，還會(huì)對(duì)地下水造成污染[2-3]。滲濾液中普遍含有多種金屬離子，其中鐵和鋅在酸性發(fā)酵階段較高，鐵的濃度可達(dá)2 000 mg/L，鋅的濃度可達(dá)130 mg/L，鉛的濃度可達(dá)12 mg/L，鈣的濃度甚至達(dá)到4 300 mg/L。而由于缺乏可生物降解的有機(jī)碳源，垃圾滲濾液在目前仍是一種難以處理的廢水資源[4]。

目前尚沒(méi)有專門(mén)針對(duì)垃圾滲濾液的測(cè)量方法，《生活垃圾填埋場(chǎng)污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB 16889—2008）推薦的還是基于《空氣質(zhì)量 惡臭的測(cè)定 三點(diǎn)比較式臭袋法》（GB/T 14675—1993）和《空氣質(zhì)量硫化氫、甲硫醇、甲硫醚和二甲二硫的測(cè)定 氣相色譜法》（GB/T 14678—1993）等標(biāo)準(zhǔn)的比較傳統(tǒng)的分光光度法，操作步驟煩瑣，精密度和穩(wěn)定性較差。電感耦合等離子體發(fā)射光譜具有環(huán)形結(jié)構(gòu)、高溫度、電子密度高、惰性氣氛等特點(diǎn)，用它做激發(fā)光源具有檢出限低、線性范圍廣、電離和化學(xué)干擾少、準(zhǔn)確度和精密度高等分析性能[5]。因此，本文開(kāi)發(fā)了基于電感耦合等離子體發(fā)射光譜的垃圾滲瀝液金屬元素測(cè)定方法，通過(guò)優(yōu)化前處理步驟，同時(shí)測(cè)定多種金屬元素，節(jié)約樣品分析時(shí)間，提高檢測(cè)效率[6]。

1 材料與方法

1.1 儀器與試劑

實(shí)驗(yàn)用水為自制一級(jí)水；硝酸（1.42 g/mL），優(yōu)級(jí)純，西隴科學(xué)股份有限公司；24 種金屬混標(biāo)儲(chǔ)備液，壇墨質(zhì)檢科技股份有限公司；錳標(biāo)準(zhǔn)溶液、鐵標(biāo)準(zhǔn)溶液，國(guó)家有色金屬及電子材料分析測(cè)試中心；水質(zhì)6 種金屬混標(biāo)及水質(zhì) 鐵與錳混合，生態(tài)環(huán)境部發(fā)展中心環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)樣品研究所。

ICAP 7400 型電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀，美國(guó)Thermo Fisher 公司；HT-400 型實(shí)驗(yàn)室加熱板，廣州格丹納儀器有限公司；Advanced-UV-50 型超純水機(jī)，成都唐氏康寧科技發(fā)展有限公司。實(shí)驗(yàn)所用玻璃器皿均用硝酸溶液（1+1）浸泡24 h 后，用去離子水沖洗。

1.2 樣品前處理

取100.0 mL滲濾液，加入5.0 mL硝酸溶液（1+1），在電熱板上加熱消解，保持溶液不沸騰，慢慢加熱至近干，取下冷卻。反復(fù)進(jìn)行這一過(guò)程，直到溶液顏色變淺或穩(wěn)定不變。然后加入5.0 mL 硝酸溶液（1+1），再加少量水加熱溶解殘?jiān)?，冷卻后用純水定容至100.0 mL，使最終溶液的酸度為1%的硝酸酸度（v∶v）。

1.3 標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制

鉛、鎘、鉻標(biāo)準(zhǔn)溶液用24種金屬混標(biāo)儲(chǔ)備液配制，先將標(biāo)準(zhǔn)溶液稀釋至100.0 mg/L，分別移取0.00 mL、0.20 mL、0.40 mL、1.00 mL、2.00 mL、4.00 mL、5.00 mL至100 mL 容量瓶，用1%硝酸（v∶v）定容至刻度，得到鉛、鎘、鉻濃度分別為0.00 mg/L、0.20 mg/L、0.40 mg/L、1.00 mg/L、2.00 mg/L、4.00 mg/L、5.00 mg/L 的系列溶液。

鐵、錳標(biāo)準(zhǔn)溶液分別使用對(duì)應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)品配制，先將標(biāo)準(zhǔn)溶液稀釋至100.0 mg/L，分別移取0.00 mL、0.50 mL、1.00 mL、2.00 mL、5.00 mL、10.00 mL、15.00 mL 至100 mL 容量瓶，用1%硝酸（v∶v）定容至刻度，得到鐵、錳濃度分別為0.00 mg/L、0.50 mg/L、1.00 mg/L、2.00 mg/L、5.00 mg/L、10.00 mg/L、15.00 mg/L 的 系列溶液。

以標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度為橫坐標(biāo)，發(fā)射強(qiáng)度為縱坐標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)曲線擬合，多次重復(fù)，獲得其平均校準(zhǔn)曲線范圍、相關(guān)系數(shù)，并計(jì)算檢出限及測(cè)定下限。

1.4 儀器測(cè)定

用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀同時(shí)測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)曲線及試樣的發(fā)射強(qiáng)度，在選定的波長(zhǎng)上各元素的質(zhì)量濃度與發(fā)射強(qiáng)度值成正比，由發(fā)射光強(qiáng)度值在校準(zhǔn)曲線上查得待測(cè)溶液的質(zhì)量濃度。

儀器參數(shù)如下：RF 功率，1 150 W；霧化氣流量，0.70 L/min；輔助氣流量，0.50 L/min；等離子氣流量，15.0 L/min；冷卻氣流量，12.0 L/min；進(jìn)液泵速，50 r/min；觀測(cè)高度，15 mm；等離子體觀測(cè)方式，水平。

檢測(cè)結(jié)果按照公式（1）計(jì)算。

其中，ρ、ρ1和ρ0分別表示樣品、試樣和空白試樣中目標(biāo)元素的質(zhì)量濃度，mg/L；f表示稀釋倍數(shù)。

1.5 方法學(xué)驗(yàn)證

1.5.1 精密度

鉛、鎘、鉻元素用水質(zhì)6 種金屬混標(biāo)配制，取10.00 mL 標(biāo)液用1%的硝酸（v∶v）定容至250.0 mL容量瓶，待測(cè)；鐵、錳元素用水質(zhì) 鐵與錳混合標(biāo)準(zhǔn)品配制，取10.00 mL 標(biāo)液用1%的硝酸（v∶v）定容至250.0 mL 容量瓶，待測(cè)。對(duì)上述標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)樣品進(jìn)行7次平行測(cè)定，計(jì)算精密度。

1.5.2 準(zhǔn)確度

滲濾液樣品各元素濃度含量：鉛約為5 mg/L，鎘約為0.5 mg/L，鉻約為1 mg/L，鐵約為25 mg/L，錳約為5 mg/L。量取100 mL 樣品，分別加入不同體積的金屬元素標(biāo)準(zhǔn)品，使溶液中各元素標(biāo)準(zhǔn)品的加入量達(dá)到25 μg、50 μg、100 μg、250 μg，計(jì)算加標(biāo)回收率。

2 結(jié)果與分析

2.1 方法檢出限和測(cè)定下限

以質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo)，對(duì)應(yīng)發(fā)射光強(qiáng)度為縱坐標(biāo)繪制工作曲線。連續(xù)7 d 每天對(duì)空白溶液進(jìn)行測(cè)定，共16 次測(cè)定，依據(jù)《環(huán)境監(jiān)測(cè)分析方法標(biāo)準(zhǔn)制訂技術(shù)導(dǎo)則》（HJ 168—2020）的規(guī)定，一般以檢出限的4 倍作為測(cè)定下限。各元素校準(zhǔn)曲線范圍、相關(guān)系數(shù)、檢出限、測(cè)定下限結(jié)果見(jiàn)表1。從表1 可知，鉛、鎘、鉻、鐵、錳等金屬元素的相關(guān)系數(shù)均達(dá)到0.999 以上，檢出限結(jié)果均滿足滲濾液標(biāo)準(zhǔn)限值的1/4 要求。

表1 校準(zhǔn)曲線范圍、相關(guān)系數(shù)、檢出限、測(cè)定下限結(jié)果

表2 方法的精密度

2.2 精密度的測(cè)定

按照實(shí)驗(yàn)方法，用標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)作為樣品對(duì)其進(jìn)行7 次平行測(cè)定，測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表2。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，方法的標(biāo)準(zhǔn)偏差在0.53%～3.88%，方法的精密度均小于5%，精密度良好。

2.3 準(zhǔn)確度測(cè)定

加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表3 所示。從表3 可知，該方法的加標(biāo)回收率在73.0%～102.0%，準(zhǔn)確度較高。

表3 加標(biāo)回收率結(jié)果

3 結(jié)論

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，用硝酸對(duì)試樣進(jìn)行電熱板消解，電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀測(cè)定滲濾液中的鉛、鎘、鉻、鐵、錳5 種金屬元素，能夠滿足滲濾液中鉛、鎘、鉻、鐵、錳5 種金屬元素的測(cè)定要求，該方法具有以下特點(diǎn)：（1）方法流程簡(jiǎn)單，干擾少；（2）方法的檢出限和測(cè)定下限比較低，檢出限在0.006 ～0.054 mg/L（n=16）；（3）方法的精密度較高，標(biāo)準(zhǔn)偏差在0.53%～3.88%（n=7）；（4）方法的準(zhǔn)確度較高，加標(biāo)回收率在73.0%～102.0%，質(zhì)控樣的結(jié)果均在不確定度范圍內(nèi)；（5）方法能同時(shí)測(cè)定多種元素，節(jié)約分析時(shí)間成本。