火焰原子吸收法在火电厂废水重金属离子检测中的应用

杨春丽 尤万龙 王双库

摘 要：通过测试标准回归曲线、加标回收率、检出限、相对标准偏差等一系列实验得出火焰原子吸收光谱法对火电厂环保废水中的Pb、Ni、Cd、Cr重金属离子的加标回收率为97.85%、96.91%、98.17%、96.98%；检出限为0.02mg/L、0.002mg/L、0.002mg/L、0.04mg/L；相对标准偏差为1.3%、1.1%、0.7%、0.5%。说明了火焰原子吸收光谱法具有较高的灵敏度和准确度等特点，体现了其应用在火电厂环保废水中重金属离子检测的优势。

关键词：火焰原子吸收光谱法；火电厂；环保废水；重金属离子

中图分类号：X83 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）29-0174-03

Abstract： Through a series of experiments， such as standard regression curve， recovery rate， detection limit， relative standard deviation and so on， the standard regression curve of Pb， Ni， Cd， Cr heavy metal ions in environmental protection waste water of thermal power plant were determined by flame atomic absorption spectrometry（FAAS）. The recoveries were 97.85%， 96.91%， 98.17% and 96.98%， the detection limits were 0.02mg/L， 0.002mg/L， 0.002mg/L and 0.04 mg/L， and the relative standard deviations were 1.3%， 1.1%， 0.7% and 0.5%. It shows that the flame atomic absorption spectrometry has high sensitivity and accuracy， which shows the advantages of its application in the detection of heavy metal ions in the environmental protection waste water of thermal power plant.

Keywords： flame atomic absorption spectrometry（FAAS）； thermal power plant； environmental protection wastewater； heavy metal ions

引言

隨着人类社会的发展，人们对电力的需求越来越大。据了解，目前我国约73%的电力仍然依靠燃煤发电，燃煤电厂的烟气成分复杂多变[1]，必须经过脱硫处理才能排放到开放体系中。目前，烟气湿法脱硫技术在火电厂的应用比较普遍，但是该工艺在生产过程中产生的脱硫废水中含有许多污染物[2]，如硫酸盐、过饱和的亚硫酸盐、悬浮物、氟离子以及重金属离子等，其中重金属离子在污染物分类中属于一类污染物，若将重金属离子含量超标的脱硫废水直接排放到江河之中，则会由于其在水中很难自行分解而通过食物链富集到人体之中。过量的重金属离子不仅严重危害人的身心健康而且还威胁生态安全，所以各火电厂应高度重视对环保脱硫废水中重金属离子的监测工作，做到发展生产和环境保护两不误。

目前较常见的重金属离子检测方法有电感耦合等离子体原子发射光谱法、原子吸收光谱法、生物化学法、电化学分析法、流动注射分析法、荧光分析法和紫外-可见分光光度法，但是这些方法要么是成本过高，要么是检出限过高，要么是检测步骤繁多且要求苛刻，均不适合应用于火电厂环保脱硫废水中重金属离子的检测。火焰原子吸收光谱法是基于气态的基态原子外层电子对紫外光和可见光范围相对应的原子共振辐射线的吸收强度来检测环境水质中的重金属离子含量[3]。和其它方法相比，火焰原子吸收光谱法具有新颖独特、操作简单、灵敏程度高、抗干扰能力强、选择性和准确度高等诸多优点，是一种能应用于火电厂环保脱硫废水中重金属离子检测的新型技术。本论文正是基于这些优势，在一系列实验数据的基础上再次证实了火焰原子吸收光谱法应用于火电厂环保废水中Pb、Ni、Cd、Cr重金属离子检测的优势。

1 实验部分

1.1 实验仪器

交流净化稳压电源（北京元盛科仪科技有限责任公司）；针筒式微孔滤膜过滤器（上海兴亚净化材料厂）孔径0.25μm；SOLAAR原子吸收光谱仪（美国热电公司）；Pb空心阴极灯、Ni空心阴极灯、Cd空心阴极灯、Cr空心阴极灯，无油气体压缩机（天津市医疗器械二厂）；高纯水仪（登科普瑞北京科技有限公司）。

1.2 实验试剂

氢气：纯度99.99%以上；高纯水：电阻率>18MΩ.cm；

硝酸[ρ（HNO3）=1.42g/mL]：优级纯；

1000μg/mL的Cr单元素国家标准物质（GBW08614）；

1000μg/mL的Pb单元素国家标准物质（GBW08619）；

1000μg/mL的Ni单元素国家标准物质（GBW08618）；

1000μg/mL的Cd单元素国家标准物质（GBW08612）；

测试水样：广州珠江电厂脱硫废水。

1.3 标准中间液的配制

0.6%硝酸溶液：准确移取4.2ml硝酸[ρ（HNO3）=1.42g/mL]于1000ml容量瓶中定量至1000g，摇匀；

100mg/L的Pb标准中间液：用0.6%硝酸溶液作溶剂，准确移取5ml浓度为1000μg/mL的Pb单元素国家标准物质（GBW08619）于50ml容量瓶中，定容至刻度；

100mg/L的Ni标准中间液：用0.6%硝酸溶液作溶剂，准确移取5ml浓度为1000μg/mL的Ni单元素国家标准物质（GBW08618）于50ml容量瓶中，定容至刻度；

100mg/L的Cd标准中间液：用0.6%硝酸溶液作溶剂，准确移取5ml浓度为1000μg/mL的Cd单元素国家标准物质（GBW08612）于50ml容量瓶中，定容至刻度。

1.4 实验测试条件的选择

在压缩空气压力设定值为0.25MPa～0.35MPa，乙炔压力设定值为0.06MPa～0.09MPa的条件下，经过若干次的实验条件选择，确定这四种重金属元素的实验测试参数如表1所示。

1.5 实验方法

1.5.1 标准溶液的配制

Pb系列标准溶液：以0.6%的硝酸溶液作溶剂，用100mg/L的Pb标准中间液配制浓度梯度为0.5mg/L、1.0mg/L、2.0mg/L的Pb系列标准溶液待用。

Ni系列标准溶液：以0.6%的硝酸溶液作溶剂，用100mg/L的Ni标准中间液配制浓度梯度为0.5mg/L、1.0mg/L、2.0mg/L的Ni系列标准溶液待用。

Cd系列标准溶液：以0.6%的硝酸溶液作溶剂，用100mg/L的Cd标准中间液配制浓度梯度为0.05mg/L、0.10mg/L、0.20mg/L的Cd系列标准溶液待用。

Cr系列标准溶液：以0.6%的硝酸溶液作溶剂，用1000μg/mL的Cr单元素国家标准物质溶液配制浓度梯度为1.0mg/L、2.0mg/L、4.0mg/L的Cr系列标准溶液待用。

1.5.2 标准溶液的测试

在1.4的实验测试参数下，分别对四种重金属元素各浓度梯度下的标准溶液的吸光度进行测试，对测试结果进行线性拟合后得到的回归曲线和线性相关系数如下图1～图4所示。

由图1～图4可知，Pb、Ni、Cd、Cr四种元素标准溶液的线性回归相关系数R2均大于0.999，线性回归曲线均较理想，故火焰原子吸收光谱法是可以应用于火电厂脱硫废水中Pb、Ni、Cd、Cr四种重金属离子的检测的。

1.5.3 水样的测试

水样的预处理：脱硫废水水样浑浊，各元素含量复杂，为保证分析结果的准确，在用火焰原子吸收光谱仪对水样进行测试之前须对水样进行过滤，然后用酸度为0.6%的硝酸进行酸化处理。

在1.4实验参数测试条件下，由1.5.2中已经测得的四种元素的标准回归曲线测水样中四种元素的含量，所得结果如表2所示。

由表2知，用火焰原子吸收光谱法可以准确地测得脱硫废水中Pb、Ni、Cd、Cr重金屬离子的含量，且有较高的灵敏度。

2 实验结果及讨论

2.1 加标回收率实验

取200ml处理过的脱硫废水入口水样，依次向废水中加入一定量的Pb、Ni、Cd、Cr四种重金属元素的标准溶液，用1.5.2中四种元素的标准回归曲线分别测定各元素的加标回收率，结果如表3所示。

由表3可知，用火焰原子吸收光谱法测Pb、Ni、Cd、Cr四种重金属离子的加标回收率较理想。

2.2 检出限实验

平行测定15次空白溶液的吸光度，此时的空白溶液为0.6%的硝酸，并结合Pb、Ni、Cd、Cr四种重金属元素标准溶液回归曲线方程的斜率，由检出限公式LOD=3*σ/S（σ为空白标准偏差，S为标准溶液曲线斜率），得出Pb、Ni、Cd、Cr的检出限分别是0.02mg/L、0.002mg/L、0.002mg/L、0.04mg/L，检出限较低，符合测试要求。

2.3 相对标准偏差实验

分别对浓度为1.0mg/L的Pb、1.0mg/L的Ni、0.1mg/L的Cb、2.0mg/L的Cr四种溶液平行测定15次，对测试结果进行计算统计，求得它们的相对标准偏差分别是1.3%、1.1%、0.7%、0.5%。由此可知，该方法测量Pb、Ni、Cd、Cr重金属离子浓度的精密度良好。

3 实验结论

本论文用实验数据再次论证了将火焰原子吸收光谱法应用于火电厂环保废水中Pb、Ni、Cd、Cr重金属离子检测的优势，实验结果如下：用该方法测Pb、Ni、Cd、Cr重金属离子的加标回收率分别为97.85%、96.91%、98.17%、96.98%；检出限为0.02mg/L、0.002mg/L、0.002mg/L、0.04mg/L；相对标准偏差分别是1.3%、1.1%、0.7%、0.5%；说明将火焰原子吸收光谱法应用于火电厂废水重金属离子的检测是可行的。

参考文献：

[1]马双忱，等.中国燃煤电厂脱硫废水处理技术研究进展及标准修订建议[J].洁净煤技术，2017，23（4）：18-28.

[2]应春华，等.脱硫废水排放的控制项目及标准探讨[J].热力发电，2005（9）：69-71.

[3]武汉大学.分析化学[M].北京：高等教育出版社，2007.