湿法消解结合ICP—OES测定生活垃圾中的重金属

范成英 徐晨杰

摘要：将当前常用的几种生活垃圾全量重金属消解方法进行比对，然后着重研究快速消解的前处理过程，从酸体系、加热时间、加热温度过程等因素探索不同条件下对生活垃圾消解过程的影响，并确定快速消解生活垃圾中重金属总量的合适条件，从分析结果精密度和准确度进行对比分析，并综合考虑时间、安全、经济成本比较，得出最佳消解条件。

关键词：快速消解；消解条件；重金属

1、仪器和设备

36位石墨消解仪（美国EE，SC 191）

ICP-OES（美国瓦里安720-ES）

分析天平（瑞士梅特勒公司），精度0.1mg

微波消解炉（美国CEM公司，MARSS）

电热板（天津泰斯特有限公司）

聚四氟乙烯杯

2、试剂

硝酸，优级纯

高氯酸，优级纯

氫氟酸，优级纯

双氧水，优级纯

高纯氩气

100mg/L Pb、cd、cr、AS单元素标准溶液

3、工作溶液的配制

分别移取0.2mL Pb、cd、cr、As单元素标准溶液于100mL容量瓶中，然后用体积分数5%的硝酸溶液定容至标线后摇匀待测。

4、二种消解方法比较

4.1电热板加热法。

铅、镉、铬：准确称取0.3000g（精确至0.0001g）标准样品于50mL的聚四氟乙烯杯中，用水润湿后加入10mL（1+1）硝酸，盖上表面皿于电热板上加热10min，冷却后再加入5mL浓硝酸，盖上表面皿加热30min。此时的棕色烟雾为硝酸氧化试样所产生，重复此步聚，每次加硝酸5mL，直至无棕黄色烟雾产生，表示消解反应完成，冷却后加入少量去离子水及过氧化氢，加10mL，继续加热至溶液大约5mL，加入10mL浓盐酸，盖上表面皿加热15min，冷却，过滤定容至50mL容量瓶中，用蒸馏水洗涤数次，并将洗涤液移入容量瓶，定容，摇匀，待测。砷：称取约0.3g的试样（精确0.0001g）于100mL锥形瓶中，加入2mL高氯酸，5mL浓硝酸摇匀，盖上表面皿，移至电热板上加热分解，待高氯酸白烟冒尽后，取下锥形瓶稍冷，加入5mL（20%）盐酸溶液继续加热至棕褐色烟雾冒尽，取下，冷却到室温，过滤与定容至50mL容量瓶中，用蒸馏水洗涤数次，并将洗涤液移入容量瓶，定容，摇匀，待测。

4.2快速消解法。

铅、镉、铬、砷：准确称取约0.3g的试样（精确0.0001g）样品于50mL带盖和刻度的塑料离心管中，记录称样量，用适量水水润湿样品，加入1.0mL盐酸+1.0mL硝酸+2.0mL氢氟酸，摇匀，放入125度恒温石墨消解炉上，回流加热约1小时，取下稍冷，用去离子水定容至50mL，摇匀，静置约一小时后（离心或过滤均可），取上清液检测。

通过上表可以看出，湿法快速消解所需前处理铅、镉、铬、砷可以一起消解，试剂消耗量相对也较少，所需器皿最少，整个过程不需要转移，操作简单，最关键的是引入的本底最小，可能造成的损失和污染也最小同时精密度在3.2%～6.8%范围内，准确度在94.0%～105.4%范围内，可见准确性高，重复性好。

5、湿法快速消解最优消解条件的研究

准确称取约0.3g的试样（精确0.0001g）样品于50mL带盖和刻度的塑料离心管中，通过调节加入酸的体系、消解时间、消解温度，对生活垃圾样品进行消解，反应结束后，定容静置，取上清液检测。同时做空白。使用ICP-OES在各金属的特征谱线下，测定发射强度，用标准曲线法分别计算出生活垃圾中五种重金属的含量。准确性测定方法：加标回收率是化学分析中常用的判断分析结果准确度的量化指标。用的方法对制好的生活垃圾样品进行加标回收率实验。消解时，称取两份相同量的样品加入消解管中，并往其中一份加入浓度为2mg/L的4种重金属混合标准溶液，放入消极器中消解，待反应结束取出冷却，定容，使用ICP-OES测定生活垃圾中4种重金属的加标回收率。

5.1消解酸体系对结果的影响。

主要采用HNO3-HF体系，并研究体系中加入H202与HC1对准确度的影响。

酸体系1：1.0mL硝酸+2.0mL氢氟酸-1.0c1：酸体系2：1.0mL硝酸+3.0mL氢氟酸；酸体系3：1.0mL硝酸+1.0mL氢氟酸-1.0H202。

由表3可见，使用酸体系1、2时，准确性都达到94.5%以上，足够的硝酸有充分的H+释放生活垃圾中各个存在形态的重金属，适量的氢氟酸可以充分释放生活垃圾难容晶格中的金属离子，双氧水的氧化性还不能足够促进消解过程生活垃圾中有机质完全反应。酸体系相对于酸体系2可以减少HF酸的用量，避免了赶酸效果不佳导致ICP-OES矩管被腐蚀的可能。虽然因为HF酸的量的原因，酸体系2的准确性略高于酸体系1但是酸体系1消解样品时的安全性要高于酸体系2，且对ICP-OES的损害较小，所以本实验室中，酸体系1是最佳选择。

5.2消解温度的影响。

消解温度是影响消解效果的重要因素。本实验主要考察采用酸体系1，分别在110、120、130、140℃各个温度下准确性的变化趋势。

消解温度直接影响消解液的消解活性，温度的高低直接决定酸与生活垃圾中物质的反应程度。由此可见，消解温度在130-140时，生活垃圾中的重金属加标回收率均达到95%以上。从节能经济的角度考虑，130为最佳消解温度。

5.3消解时间的影响。

消解时间是影响消解效果的重要因素。本实验主要考察采用酸体系1、消解温度为125，分别消解30min、45min、60min、75min，观察不同消解时间下准确度的变化趋势。

消解的时间直接决定了消解液与样品接触时间，合适的时间长度能够保证样品与混合酸的反应程度，更有效的释放生活垃圾中各种形态的重金属。由数据可知当升温到130度时，保持60min，样品消解的准确性达到了95%以上，效果良好。保持7 5min时，准确度与保持60min时差别不大，故保持60min为最佳的保持时间。快速消解法在测定生活垃圾中重金属全量的最佳工作条件为：酸体系：1.0mL硝酸+2.0mL氢氟酸-1.0HC1，消解温度：130℃，消解保持时间60mim。该方法操作简单，强酸用量少，安全性高，重现性好，消解液一般情况下较清澈，不需要过滤。方法的测定结果与标准方法进行比较，精密度、准确度都达到了要求，相对于标准方法的繁琐与污染，本方法有很大的优势。