ICP电感耦合等离子体发射光谱仪在测定废水中金属汞的应用

2018-03-24

世界有色金属 2018年1期

（河南省平顶山水文水资源勘测局，河南平顶山 467000）

自从改革开放后，我国的重工业开始大力发展，直到现在，已经形成比较完善的工业体系，促进了我国经济的快速发展，提高了人民的生活水平，但与此同时，工业的发展也给环境和人体健康造成极大的影响，尤其是水污染，因为废水中常常含有大量的金属元素，其中金属汞是最大的危害元素之一。它的危害有：含有汞元素的废水排放到环境中，会发生迁移、富集和转化现象，而转化为气态的金属汞会随着降雨落到地面，破坏土壤中微生物的组织构成，然后就会对植物的生长进行毒害，最后通过食物链进入动物和人的体内，经过长期的积累后，人就会慢性中毒，前期表现为头疼、头晕目眩、四肢失调、疼痛等，后期严重时会发生肌肉颤抖、四肢瘫痪等症状。如果直接吸入汞蒸汽，则会引起急性汞中毒，患者会患有肝炎、肾炎、蛋白尿、血尿和尿毒症等症状，给患者造成极大的痛苦[1]。但是治愈的过程复杂、难度大，因此我们应该从根源上杜绝金属汞进入到环境中，这就需要在排放前对废水中金属元素的含量进行严格测定，只有符合国家规定的排放标准才准许排放。针对这种情况，我国相关环境管理部门采取了许多措施对废水中的金属汞进行测定，希望把重金属污染降到最低，常用的处理方法有：滴定分析法；分光光度法；原子吸收分光光度法；电化学分析法；离子色谱法等。这些处测定方法在一定程度上都能测定出废水中金属汞的含量，但准确性较差，没有从根本上缓解金属汞对环境和人体造成的危害，效果不是很理想。因此一种新型的废水中金属含量测定仪器应运而生——ICP电感耦合等离子体发射光谱仪，它是利用原子的特征发射光谱来研究物质的结构和测定物质的化学成分的方法，它的特点是稳定性好、线性范围宽、基体干扰效应小、覆盖面广[2]。本文利用ICP电感耦合等离子体发射光谱仪，来测定废水中金属汞的含量，以期为环境保护提供一些借鉴。

1 试验部分

（1）仪器及试剂。本试验采用美国珀金埃尔默公司生产的，型号为6300的ICP电感藕合等离子体发射光谱仪：中阶梯光栅、玻璃同心雾化器、CID检测器、蠕动泵进样[3]。

ICP电感藕合等离子体发射光谱仪设置的最优条件为

1000W的射频功率、0.50L/min的辅助气流量、180kPa的雾化器压力、120 r/min(1.90 mL/min)的分析泵速、120 r/min(1.90 mL/min)的冲洗泵速、10s的全面清洗时间、反复重复3次、10s的短波积分时间、10s的长波积分时间、采用的泵管型号为Tygon-Orange。

（2）试剂。按照《地表水和污水监测技术规范》（HJ/T 91—2002）相关规定从废水厂采集10g/L左右的含有金属汞的废水试样，按照其元素组成，制成适用试验的金属汞标准溶液，国家标准物质研究中心规定的保证值分别为(150±15)/L和(75.0±7.5)/L、硝酸(GR.)、纯度99.999%的氩气、纯度99.999%的纯净水。

2 结果与讨论

（1）测定波长的选择。10g/L的汞标准溶液在不同波长(191.7nm、281.671nm、349.3nm和384.5 nm)下进行平行测定，测定次数为5次，测定结果为：在191.7nm和384.5 nm波段处测定的结果最接近参考值，几乎不存在误差。考虑到其它因素的干扰，最终确定在191.7nm波段处是ICP电感耦合等离子体发射光谱仪测定的最佳波长。

（2）介质的选择。介质的选择也是影响ICP电感耦合等离子体发射光谱仪测定废水中金属汞含量的重要因素之一，因此分别采用盐酸和硝酸两种介质，加入到10g/L的汞标准溶液中，测定结果如图1所示。从图1中可以看到，在盐酸和硝酸的体积分数不断增加的过程中，盐酸的整体变化呈现下降趋势，当体积分数增加到10%时，汞的质量浓度稳定在0.85 mg/L到0.90 mg/L之间；当选择硝酸为介质时，汞的测定值波动较小，总体都围绕在1.00 mg/L上下，曲线较平稳，且当硝酸体积分数为0.5%时，测定值与真值最接近，相对误差最小。

图1 不同介质对废水中金属汞测定的影响

（3）干扰试验。对从废水处理厂采集到的废水进行定性扫描，发现废水中汞元素的含量最高，大约占据了60%左右，其余还有铅、锌、铜、镁、钒、铬、钴、镍、钨等元素。据此在10g/L的汞标准溶液中逐一加入这些元素，进行单一元素干扰试验。试验结果证明铅、锌、铜、镁、铬、钴、镍、钨不影响试验测定结果，只有钒对试验测定结果有影响。

（4）方法效能验证。配制汞质量浓度分别为0 mg/L、0.10 mg/L、0.500mg/L、1.00mg/L、5.00 mg/L的标准系列，并在2.0条件下测定，以质量浓度为横坐标，对应的峰面积为纵坐标绘制校正曲线，回归方程为y=754.66x+10.189，相关系数r为0.9999 0。在以上条件下，进行10次10g/L的汞标准溶液的测定，平均误差在0.005mg/L左右，根据EPA的标准，对误差的3.14倍所对应的质量浓度表示检出限，检出值为22/L。国家标准物质研究中心规定保证值分别为(150±15)/L和(75.0±7.5)/L的汞标准样品进行反复平行测定5次，测定平均值为80.1g/L，在允许的误差标准之内，相对误差为8.2%，说明该方法准确度良好。对以上4个实际废水样品进行测定，测定结果如表1所示。从表1中可知，4个废水样品5次测定结果的RSD在0.1%—0.5%之间，说明该方法具有良好的精密度。