微波消解USN-ICP-OES法分析废水中的重金属

唐春辉

(优力胜邦质量检测有限公司，上海 200231)



微波消解USN-ICP-OES法分析废水中的重金属

唐春辉

(优力胜邦质量检测有限公司，上海 200231)

以USN-ICP-OES为分析手段，微波消解为前处理方法，建立同时测定铅、镉、铬、砷、硒、铜、镍、汞八种重金属元素的检测方法。各元素回收率在83.8%～101.8%之间，相对标准偏差在1.0%～6.8%之间，检出限在0.002～0.025 mg/L 之间。ICP-OES联用超声波雾化器后，明显降低了检出限，提高了检测能力。微波消解法前处理与加热板法相比较具有试剂消耗少，效率高，回收率好，二次污染少等优点。

超声波雾化器；ICP-OES；微波消解

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，造成水中重金属含量严重超过标准，威胁人类健康。准确测定废水中重金属的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展开有着指导作用。

目前，废水中金属元素的测定多使用分光光度法、原子吸收光谱法(AAS)、原子荧光法(AFS)、电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)[1]。分光光度法、AAS法和AFS法只能单元素(或两个元素)逐一测定，且不同元素的前处理方法各不相同，测定多个元素耗时较长，工作效率较低[2]。电感耦合等离子体发射光谱法(ICP-OES)是一种重要的多元素分析技术[3]，其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，线性范围宽而广范用于水中重金属的含量的测定。

超声雾化器是利用超声波振动作用把样品溶液雾化成气溶胶，既不受载气流速的影响，又能以很高的效率获得雾滴颗粒小、分布窄的高质量气溶胶，如果与加热去溶装置联用，可大大改进整个仪器的分析性能，其雾化效率可达20%左右，且不易堵塞，对于大多数元素的检出限与气动雾化器相比可改善近1个数量级[4]。

传统酸湿式消解法步骤繁琐，需反复消解，试剂消耗大，费时费力，难以满足当前环境监测工作量大的要求。而微波消解法相对来说能批量处理样品。更简便快速，消化效果好[5]。

1 实 验

1.1 设备与试剂

实验中所用到的试剂：硝酸(GR)，盐酸(GR)，过氧化氢(AR)，L-半胱氨酸(AR)无水乙醇(GR)，均来自国药集团化学试剂有限公司；超纯水(三级以上)，Millipore Q 制备；液氩(>99.99%)，上海宝钢普莱克斯实用气体有限公司；20 mg/L混合离子标准物质，上海市计量测试技术研究院；20 mg/L汞标准溶液，AccuStandard，Inc。

标准曲线的配制：分别吸取0，0.25，0.5，1.25，2.5，5.0 mL 混合离子标准溶液和汞标准溶液于50 mL容量瓶中，用5% 硝酸定容至刻度，最终浓度分别为0.00，0.10，0.20，0.50， 1.00，2.00 mg/L的标准溶液。0.01% L-半胱氨酸溶液：称取0.1 g L-半胱氨酸用去离子水溶解并定容至1 L。在ICP分析时用利用“Y”型接头与样品同时进样。用于改善汞的分析结果。

实验中所用的设备：ETHOS1微波消解系统，Milestone Company；720-OES电感耦合等离子体发射光谱仪，Varian Company；U-5000AT+超声波雾化器，CETAC Company；Millipore Q，Millipore Company。

1.2 实验步骤

吸取25 mL废水于微波消解罐中，然后加入2.5 mL 硝酸+2.5 mL 盐酸+2 mL 过氧化氢。另取1个消解罐做空白测试。按微波消解仪操作手册安装消解罐。设置消解程序，功率1000 W，15 min内升温至180 ℃，然后保持15 min。消解完成后，待消解罐冷却至室温后在通风柜内打开消解罐，用去离子水定容到50 mL。

用Varian 720 -ES 型全谱直读电感耦合等离子体发射光谱仪，搭配超声波雾化器分析8个重金属元素。

1.3 USN-ICP-OES分析参数设置

超声波雾化器温度设置：高温为140 ℃，低温为3℃。进样管的进样端接个“Y”型接头，分别进样品溶液和L-半胱氨酸溶液。

设置高频发生器功率为1.3 KW，雾化器压力280 KPa，等离子气流量18 L/min，蠕动泵速17 rpm，辅助气流量为2.25 L/min。

2 微波消解-USN-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

2.1 线性范围

用浓度为0.00 mg/L，0.10 mg/L，0.20 mg/L，0.50 mg/L，1.00 mg/L，2.00 mg/L的标准溶液，做标准曲线。

表1 各元素的曲线拟合方程

根据《污水综合排放标准》第一类污染物最高允许排放浓度要求，各重金属的限值在0.05～1.5 mg/L，因此选择以上个浓度点来做标准曲线。并且由上表可见，待测的8个重金属的相关系数全都大于0.995，该线性范围完全适合本实验。

2.2 准确度

加标回收率是化学分析验证过程中常用的判断分析结果准确度的指标。取25 mL废水样品加入2.5 mL 硝酸+2.5 mL 盐酸+2 mL 过氧化氢，设置消解程序，功率1000 W，15 min内升温至180 ℃，然后保持15 min。消解完成后，待消解罐冷却至室温后在通风柜内打开消解罐，用去离子水定容至50 mL。然后使用ICP-OES搭配超声波雾化器测定加标回收率。实验结果见表2。

表2 加标回收率实验结果

通过在实际样品中加标可以匹配样品基质对测试的影响，由表2可见，微波消解，ICP-OES搭配超声波雾化器分析废水中的8个重金属的回收率在83.8%～101.8%之间，分析结果良好。

2.3 精密度

分别用加标浓度为0.05 mg/L、1.0 mg/L和5.0 mg/L的不同浓度点做精密度实验(n=7)，结果见表3。

表3 各加标点的实验结果

用不同浓度点做精密度可以考察本方法对不同样品中各元素含量差异的适用性和方法本身的稳定性，由表3可知，3个不同浓度的的测试结果都在标准值附近，且相对标准偏差在1.0%～6.8%之间，均小于10%，精密度较高符合分析的要求。

2.4 检出限

方法检出限指经过某一检测方法的整个处理过程后，一个确定的可以检出的浓度数值，该浓度数值仪器响应明显区分于空白样品的概率为99%。方法检出限指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=3 s，s指连续11个测试空白的标准偏差，结果见表4。

表4 各元素的检出限

各元素的检出限在0.002～0.025 mg/L之间，远低于《污水综合排放标准》第一类污染物最高允许排放浓度要求中各种金属的限值，符合分析要求。

3 结 论

微波消解USN-ICP-OES法是测定废水中重金属的有效方法。该方法与传统酸湿式消解法相比消解时间短，试剂消耗少并且有较好的精密度和准确度，加标回收率结果满意，检出限低，完全满足当前环境监测中测定废水中重金属含量的要求。

[1] 陈多宏, 高博, 毕新慧, 等. 典型电子垃圾拆解区大气颗粒物中元素污染的季节变化特征[J]. 环境监测管理技术, 2010, 22(4): 19-22.

[2] 荣伟杰, 武西岳, 陈运生. 微波高压络合消解石墨炉原子吸收分光光度法测定环境空气中锑[J]. 中国环境监测, 2007, 23(4): 51-54.

[3] 黄宗平. ICP-AES 法测定润滑油中微量元素的评述[J]. 现代科学仪器, 2005(2): 61-63.

[4] 田梅, 韩小元, 卓尚军, 等. 双铂网雾化和超声雾化进样系统对ICP-AES分析性能的影响[J]. 光谱学与光谱分析, 2012, 32(5): 1376-1380.

[5] 杨文杰, 麦锦欢,区益良. 微波消解-ICP法测定工业废水中的重金属[J]. 广东化学, 2015, 42(8):178-179.

Determination of Heavy Metal Content in Wastewater by Microwave Digestion with USN-ICP-OES

TANGChun-hui

(UL VS Shanghai Limited, Shanghai 200231, China)

A test method was established for determination of lead, cadmium, chromium, arsenic, selenium, copper, nickel, mercury at same time, by using USN-ICP-OES for analysis and microwave digestion method for pre-treatment. The recoveries of elements were between 83.8% to 101.8%, the relative standard deviations were between 1.0% to 6.8%, and the detection limit was between 0.002 to 0.025 mg/L, met the analysis requirements. The result showed that ICP-OES combined with an ultrasonic nebulizer can significantly lower detection limits, improved detection capabilities. Microwave digestion pretreatment consumed less reagents, shorten reaction time, high efficiency, good recovery and less secondary pollution compared with hot plate method.

ultrasonic nebulizer; microwave digestion; ICP-OES

O652.1

B

1001-9677(2016)023-0104-03