随着现代工业的发展和人类生活水平的提高,越来越多的重金属污染物被排放到地表水中。地震、泥石流等自然灾害也可能会导致地下、地上的矿物大量浸入地表水,上游的化工厂等一旦被破坏,更是会严重污染水源,造成水中重金属元素超标,威胁人类健康。准确测定废水中重金属含量是废水治理中重要的一环,对如何合理选择治理方案,评估治理结果及后续工作的开展具有重要的指导作用。
分光光度法、原子荧光法、原子吸收光谱法、电感耦合等离子体发射光谱法被广泛应用于废水中金属元素的测定。但是,分光光度法、原子吸收光谱法、原子荧光法只能单元素逐一测定,且不同元素需要不同的前处理方法,测定多个元素耗时时间长,工作效率低。电感耦合等离子体发射光谱法(ICP-OES),具有多元素同时测定,检出限低,精密度高、干扰小等优点,并且分析时间短,准确度高,线性范围宽,广泛用于水中重金属含量的测定。
本文采用硝酸+盐酸+过氧化氢辅以微波消解的样品前处理技术,结合ICP-OES法测定废水中Pb、Cd、Cr、As、Se、Cu、Ni、Hg等8种重金属元素,方法检出限为0.023~0.089mg/L,RSD为2.37~4.25%,加标回收率为84.1~107.6%。结果表明,微波消解样品处理具有较好的准确性和重现性、操作简单、快速高效、污染小、检出限低、基体干扰小等优点,可用于废水样品的批量分析。
具体操作方法
主要仪器与试剂
ETHOS UP微波消解仪(意大利MILESTONE公司)
iCAP7400电感耦合等离子体发射光谱仪(美国赛默飞世尔科技有限公司)
10mg/L等离子发射光谱分析混合离子标准物质(Pb、Cd、Cr、As、Se、Cu、Ni)上海市计量院测试技术研究院
GBW(E)080124汞单元素标准溶液100mg/L
硝酸、盐酸、过氧化氢优级纯
实验室用水为超纯水。
标准曲线的配制
分别吸取0,0.50,1.00,2.50,5.00,10.00mL混合标准溶液和0,0.05,0.10,0.25,0.50,1.00mL汞元素标准溶液于50mL容量瓶中,用3%的硝酸定容,最终得到浓度分别为0.00,0.10,0.20,0.50,1.00,2.00mg/L的标准溶液。
实验步骤
吸取25mL废水于微波消解罐中,然后加入2.5mL硝酸,2.5mL盐酸和2mL过氧化氢。另取1个消解罐做空白实验。安装好消解罐,设置消解程序如表1。消解完成后,待消解罐冷却至室温后再通风柜内打开消解罐,用去离子水定容至50mL。
表1 微波消解条件
步骤 | 时间t/min | 功率P/W | 温度℃ |
1 | 5 | 1800 | 120 |
2 | 5 | 1800 | 120 |
3 | 5 | 1800 | 180 |
4 | 15 | 1800 | 180 |
仪器工作条件
冲洗泵速100rpm;分析泵速50rpm;RF功率1150W;雾化器流量0.5L/min;辅助气流量0.5L/min;冷却气流量12L/min。
微波消解-ICP-OES法测定废水重金属的线性范围、准确度、精密度和检出限
3.1 线性范围
用浓度为0.00mg/L,0.10mg/L,0.20mg/L,0.50mg/L,1.00mg/L,2.00mg/L的标准溶液,做标准曲线。
表2 各元素的曲线拟合方程
元素 | 曲线拟合方程 | 相关系数 |
Pb | y=866.6x+8.3 | 0.9999 |
Cd | y=45192x+245.5 | 0.9999 |
As | y=1974.4x+34.8 | 0.9998 |
Se | y=2246.8x+53.9 | 0.9999 |
Cu | y=33768x+299.7 | 0.9999 |
Ni | y=13515x+102.7 | 0.9999 |
Hg | y=5482.6x+76.3 | 0.9995 |
Cr | y=33132x+249.7 | 0.9999 |
《污水综合排放标准》中**类污染物**允许排放的浓度要求,各重金属限值在0.05~1.5mg/L。因此选择以上浓度点来做标准曲线。由上表可知,待测的8个重金属元素的相关系数都在0.995以上。
3.2方法的检出限
方法的检出限通过分析检测连续的11个测试空白进行计算。计算公式为:MDL=3s,s指连续11次测试空白的标准偏差,结果见表3。
表3 ICP-OES测定水中各元素的方法检出限(mg/L)
测定元素 | 检出限 | 测定元素 | 检出限 |
Pb | 0.079 | Cu | 0.089 |
Cd | 0.043 | Ni | 0.031 |
As | 0.028 | Hg | 0.027 |
Se | 0.032 | Cr | 0.023 |
各元素的检出限在0.023~0.089mg/L之间,低于《污水综合排放标准》**类污染物**允许排放浓度要求中各种金属元素的限值,符合分析要求。
3.3方法精密度与准确度实验
取一所采水样,加入标准溶液,原样和加标样分别测定6次,计算精密度和回收率,测试结果见表4,加标回收率在84.1~107.6%之间,RSD为2.37~4.25%。
表4 加标回收试验
元素 | 本底值(mg/L) | 加标量(mg/L) | 测定值(mg/L) | 回收率/% | RSD/% |
Pb | 0.2117 | 0.2000 | 0.4187 | 103.5 | 2.57 |
Cd | 0.1924 | 0.2000 | 0.3878 | 97.7 | 2.37 |
As | 0.1578 | 0.2000 | 0.3567 | 99.5 | 3.02 |
Se | 0.1908 | 0.2000 | 0.3865 | 97.9 | 2.92 |
Cu | 0.2122 | 0.2000 | 0.4034 | 95.6 | 2.87 |
Ni | 0.2202 | 0.2000 | 0.4103 | 95.0 | 2.73 |
Hg | 0.1511 | 0.2000 | 0.3193 | 84.1 | 4.25 |
Cr | 0.1915 | 0.2000 | 0.4068 | 107.6 | 2.64 |
微波消解-ICP-OES法是测定废水中重金属的有效方法。该方法消解时间短,试剂用量少,检出限低,具有良好的精密度和准确度,加标回收率结果满意,完全满足当前环境监测中测定废水中重金属含量的要求。
来源于:北京莱伯泰科仪器股份有限公司
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