粗锌中镉的测定方法研究

2019-07-06范丽新蒯丽君汤淑芳

中国无机分析化学 2019年3期

范丽新蒯丽君汤淑芳

(1 北矿检测技术有限公司，北京102628；2 金属矿产资源评价与分析检测北京市重点实验室，北京102628)

前言

粗锌是火法冶炼过程的中间产品，目前国内许多冶炼厂都有这种产品。由于考虑到进一步精炼的成本，或者精炼技术所限制，部分冶炼厂不再精炼，直接卖出粗锌。镉和锌一同存在于自然界中，镉主要用于钢、铁、铜、黄铜和其它金属的电镀，对碱性物质的防腐蚀能力强。镉的化合物还大量用于生产颜料和荧光粉。因此制定相应的粗锌化学分析方法，对促进保护环境和资源的综合利用具有重要的意义。

镉的测定方法一般为火焰原子吸收光谱法[1]、石墨炉原子吸收光谱法[2]、电感耦合等离子体原子发射光谱法[3-4]等，粗锌中含有高含量的锌，还含有铅、铁、铜、砷、锑、锡、锗、铟等共存元素，本文建立了硝酸+盐酸的溶样方式，采用扣除背景的方式消除高含量的锌对镉测定的干扰，优化了仪器的工作条件，从而准确地测定粗锌中的镉含量，结果满意。

1 实验部分

1.1 主要试剂

镉标准储备溶液(1 mg/mL)：，称取1.000 0 g金属镉(ωCd≥99.995%)置于400 mL烧杯中，加入50 mL硝酸(1+1)加热至溶解完全，取下冷却至室温，移入1 000 mL容量瓶中，补加50 mL硝酸(1+1)，用水稀释至刻度，混匀。

镉标准溶液1(20 μg/mL)：移取5.00 mL镉标准储备溶液(1 mg/mL)置于250 mL容量瓶中，加入12.5 mL硝酸，用水稀释至刻度，混匀。

镉标准溶液2(100 μg/mL)：移取10.00 mL镉标准储备溶液(1 mg/mL)置于100 mL容量瓶中，加入5 mL硝酸，用水稀释至刻度，混匀。

锌标准溶液(200 mg/mL)；铅标准溶液(10 mg/mL)；铁、铜标准溶液(5 mg/mL)；砷、锑、锡、锗、铟标准溶液(1 mg/mL)。

1.2 实验方法

按表1称取适量样品(精确至0.000 1 g)，于250 mL烧杯中，加入20 mL硝酸(1+1)，低温加热至样品完全溶解(若样品浑浊或有不溶渣，加15 mL盐酸)，用水冲洗杯壁，取下冷至室温，移入100 mL容量瓶，用水稀释至刻度，混匀。按表1分取试液并补加硝酸(1+1)于100 mL容量瓶中，用水稀释至刻度，混匀。前三个梯度用曲线1，后两个梯度用曲线2。随同试料做空白实验。

于原子吸收光谱仪波长228.8 nm处，用空气-乙炔火焰，以水调零，采用扣除背景方式测量试液及随同试料空白溶液的吸光度。从工作曲线上查得相应的镉的质量浓度。

工作曲线的配制：由于镉的灵敏度比较高，且粗锌中镉的含量范围跨度比较大，在保证稳定性和线性前提下，根据仪器的性能，通过转角30°实现较高含量镉的测定，以减小稀释误差。

表1 试料量、分取体积及补加盐酸量

曲线1：移取0、1.00、2.00、3.00、4.00、5.00 mL镉标准溶液1(20 μg/mL)于一组100 mL容量瓶中，加入10 mL硝酸(1+1)，用水稀释至刻度，混匀。曲线2：移取0、1.00、2.00、3.00、4.00、5.00 mL镉标准溶液2(100 μg/mL)于一组100 mL容量瓶中，加入10 mL硝酸(1+1)，用水稀释至刻度，混匀。

使用空气-乙炔火焰，于原子吸收光谱仪波长228.8 nm处，以水调零。采用氘灯扣除背景方式测量系列标准溶液的吸光度，减去系列标准溶液中“零浓度”溶液的吸光度，以镉的质量浓度为横坐标，吸光度为纵坐标，绘制工作曲线。

镉含量的计算公式为：

(1)

式中：ρ为自工作曲线上查得的测定试液中镉的质量浓度，μg/mL；ρ0为自工作曲线上查得的空白溶液中镉的质量浓度，μg/mL；V为试液总体积，mL；V1为分取试液体积，mL；V2为测定试液的体积，mL；m为试料的质量，g。计算结果表示到小数点后两位；小于0.10%时，表示到小数点后三位；小于0.010%时，表示到小数点后四位。

2 结果与讨论

2.1 仪器及工作条件

原子吸收光谱仪(GBC Savant AA型原子吸收光谱仪)，附镉空心阴极灯。选定镉测定的最佳仪器条件，结果见表2。

2.2 仪器的吸光度

在选定的最佳工作条件下，测定系列镉标准溶液的吸光度(n=10)，结果见表3。

表2 最佳仪器条件

表3 工作曲线测定结果

根据表3计算仪器的工作曲线如图1、2所示。

2.2.1 工作曲线线性

图1 工作曲线1Figure 1 Standard curve 1.

图2 工作曲线2Figure 2 Standard curve 2.

2.2.2 方法的特征浓度

2.2.3 最小稳定性

曲线1：最高浓度标准溶液与最低浓度标准溶液各测量10次吸光度，其标准偏差相对于最高浓度标准溶液平均吸光度的0.25%和0.14%。

曲线2：最高浓度标准溶液与最低浓度标准溶液各测量10次吸光度，其标准偏差相对于最高浓度标准溶液平均吸光度的0.33%和0.21%。

2.2.4 方法的检出限(曲线1)

对样品空白试液测定11次，其测定浓度值分别为：0.009、0.009、0.009、0.004、0.002、0.004、0.004、0.006、0.005、0.003、0.003，计算得σ为0.002 6 μg/mL。检出限DL=3σ=0.007 8 μg/mL，检测下限LQD=10σ=0.026 μg/mL

2.3 溶样方法的选择

对粗锌样品1#～6#，加入不同的酸进行溶解，按照实验方法测定镉的含量(表4)。

表4 溶样方式对结果的影响

结果表明，四种溶样方式对镉的测定基本无影响。样品6#在溶样的过程中有浑浊的现象，加15 mL盐酸能使样品清亮。实验选择使用硝酸(1+1)溶样，若样品有浑浊或溶解不完全的情况，加15 mL盐酸进行溶样。(注：样品1#～5#测定的酸度不分取的大概是5%的硝酸介质，分取的按表1进行补加酸，最后测定的介质大概也是5%的硝酸介质。样品6#在分取之前的酸度大概是20%的王水介质，分取后按表1补加酸，最后测定的介质大概是5%硝酸+0.75%盐酸介质。)

2.4 介质和酸度的选择

移取镉标准溶液1(20 μg/mL)1.00、5.00 mL、移取镉标准溶液2(100 μg/mL)5.00 mL于一系列100 mL容量瓶中，分别加入不同体积的盐酸、硝酸、王水，稀释至刻度，摇匀。在选定的仪器工作条件下测定镉的吸光度，结果见表5。

表5 介质和酸度对Cd测定的影响

由表5实验结果表明：在盐酸、硝酸介质中，2%～15%的酸度范围内，在王水介质中，2%～20%的酸度范围内，测定镉结果基本一致，实验采用溶样的硝酸介质，测定酸度为5%。

2.5 共存元素干扰实验

2.5.1 基体元素干扰及消除

在不同浓度的镉标准溶液中加入5 mL基体元素溶液Zn(200 mg/mL)，选择氘灯扣除背景及不扣背景的条件下进行测定，测定结果如表6所示。

结果表明，不扣除背景会对低浓度镉的测定造成影响，实验选择氘灯扣除背景。

分别移取0、1.00、2.00、3.00、4.00、5.00 mL镉标准溶液1(20 μg/mL)于两组100 mL容量瓶中，加入10 mL硝酸(1+1)，其中一组加入5 mL锌标准溶液(200 mg/mL)，用水稀释至刻度，混匀。使用空气-乙炔火焰，于原子吸收光谱仪波长228.8 nm处，以水调零。采用氘灯扣除背景方式和不扣背景的方式分别测量系列标准溶液的吸光度。结果表明，加入锌基体以后，选择氘灯扣背景的吸光度值和不加锌基体氘灯扣背景的吸光度值基本一致，不扣背景的整体吸光度值变低，实验选择标准曲线不加锌基体扣背景(表7)。