电感耦合等离子体发射光谱在测定融雪剂中镉、铬、铅、砷的应用研究

王茂盛，王景凤，胡燕秀，董更福，张冬艳

(西部矿业集团科技发展有限公司，青海西部矿业工程技术研究有限公司，青海省高原矿物加工工程与综合利用重点实验室，青海省有色矿产资源工程技术研究中心，青海 西宁 810006)

冬季降雪天气，面对受积雪影响的高速公路、机场以及城市道路，因积雪结冰而湿滑，造成交通阻滞或交通事故频发的现状，及时有效地清除道路上的积雪对于保证交通的畅通和车辆的安全十分重要[1]。融雪剂以其高效的除冰能力而被国内外广泛应用[2]。

融雪剂是一种用来冬季除雪或者道路防冻结的化学物质，成分主要是醋酸钾和氯盐。其中，醋酸钾属于有机融雪剂，融雪效果好，腐蚀小，但价格高；常用的融雪剂则以氯盐为主，氯盐类融雪剂除冰作业简便、成本低廉，成为我国道路除雪化冰的常用方法[3-4]。氯盐融雪剂常见的有氯化钠、氯化钙、氯化镁等，价格便宜，在道路或桥梁上撒布融雪剂是最主要的除冰融雪措施[5]，工业用盐融雪剂虽然成分简单，却也存在一定的弊端：比如堆放在绿化带、树坑里就会对植物造成影响；进入地表水体会造成盐浓度升高，从而对水质产生影响等；同时，因为融雪剂中含有的盐物质，遇水会发生盐涨现象，使路基受损；盐类物会与沥青发生化学反应，将大大减少沥青与砂石之间的连接力，容易造成沥青表面脱落；公路设施或者汽车轮胎有一定的损害；融雪剂对环境及结构物具有负面影响，也会造成沥青路面性能的显著降低[6-8]，另外，还有可能含有铅、砷等重金属有害物质。随着融雪剂使用量的不断增加，其对环境的影响受到社会各界越来越多的关注[9]。

氯盐类无机融雪剂，其主要成分为工业用盐。由于工业用盐没有严格的标准，一些重金属元素含量较高，使用融雪剂后的积雪融化之后进入土壤，随之进入食物链危害环境，危害人体健康。因此需要有效控制融雪剂产品的质量进而降低其对环境的污染。根据国家标准《GB/T 23851-2017》，融雪剂中重金属指标的检测方法主要有：原子吸收分光光度法、原子荧光光谱法等，均为单元素测定，工作效率低。电感耦合等离子体原子发射光谱法具有精密度好、准确度高、检出限低、基体效应小、线性动态范围宽、分析速度快、可同时测定高中低含量及痕量组分、可多元素同时测定等诸多优点[10]，得到广泛应用[11-18]。文章结合融雪剂的检测现状开展试验研究，从环保的角度出发，进行电感耦合等离子体发射光谱在测定融雪剂中镉、铬、铅、砷的应用研究，为融雪剂中杂质元素的快速测定提供技术支撑。

1 实验部分

1.1 基准物质

镉粒，5 N，国药集团化学试剂有限公司，规格：25 g；重铬酸钾，优级纯；铅粒，5 N，国药集团化学试剂有限公司，规格，25 g；三氧化二砷，纯度为99.95%，水口山二厂化学试剂厂。

1.2 标准溶液的配制

1.2.1 单元素标准储备溶液

镉标准溶液(1 mg/mL)。将高纯镉粒用(1+9)的硝酸处理表面的氧化层，用水和乙醇洗涤、风干。准确称取0.200 0 g处理后的高纯镉粒于250 mL烧杯中，加(1+1)硝酸20 mL，盖表皿，低温加热溶解完全，取下冷却，水洗表皿及杯壁，移入200 mL容量瓶中，以水定容，摇匀。

铬标准溶液(1 mg/mL)。准确称取110 ℃烘干2 h的重铬酸钾0.282 9 g，用水溶解后，移入1 000 mL容量瓶中，以水定容，摇匀。

铅标准溶液(1 mg/mL)。将高纯铅粒用(1+9)的硝酸处理表面的氧化层，用水和乙醇洗涤、风干。准确称取0.200 0 g处理后的高纯铅粒于250 mL烧杯中，加入(1+1)硝酸20 mL，盖表皿，低温加热溶解完全，取下冷却，水洗表皿及杯壁，移入200 mL容量瓶中，以水定容，摇匀。

砷标准溶液(1 mg/mL)。准确称取三氧化二砷0.264 1 g于250 mL烧杯中，加入(1+1)盐酸溶液10 mL，盖表皿，微热溶解完全，取下冷却，水洗表皿及杯壁，移入200 mL容量瓶中，以水定容，摇匀。

1.2.2 混合标准溶液

Cd、Cr、Pb、As标准溶液(100 μg/mL)。分别移取上述1 mg/mL的Cd、Cr、Pb、As单元素标准溶液各10.00 mL于100 mL容量瓶中，以水定容，摇匀。

1.2.3 混合标准工作溶液

Cd、Cr、Pb、As标准溶液(10 μg/mL)。分别移取上述100 μg/mL的Cd、Cr、Pb、As混合标准溶液各10.00 mL于100 mL容量瓶中，以水定容，摇匀。

1.3 仪器工作条件

电感耦合等离子体原子发射光谱仪，iCAP 7000 SERIES 型，美国赛默飞世尔科技有限公司；RF功率1 150 W；冷却气流量12 L/min；辅助气流量0.5 L/min，载气流量0.5 L/min，观测高度12 mm，积分时间，长波5 s、短波10 s。

2 结果与讨论

2.1 样品处理

准确称取5.000 0 g试样于100 mL烧杯中，加入50 mL水，用玻璃棒不断搅拌待试样溶解完全，水洗杯壁，移入100 mL容量瓶中，以水定容，摇匀，干过滤。

准确移取10.00 mL上述干过滤后的溶液于一组100 mL容量瓶中，分别加入0 mL、0.10 mL、0.50 mL、1.00 mL、2.00 mL镉、铬、铅、砷的混合标准工作溶液(10 μg/mL)，以水定容，摇匀，待测。

以空白溶液调零，测其光谱强度，以标准加入法的质量浓度为横坐标，相应的光谱强度为纵坐标，绘制标准曲线，反向延长标准曲线与横坐标轴的交点即为待测元素的质量浓度，乘以样品相应的稀释倍数，即得样品中待测元素含量。

2.2 分析谱线的选择

消除光谱干扰最有效的方法即优选适宜的分析谱线，ICP的谱线选择可参考相关资料，在设定试验条件下，对4种待测元素的谱线分别进行扫描，进行光谱干扰探讨，通过分析各谱线的叠加情况，得到各待测元素的分析谱线见表1。

表1 分析谱线Tab.1 Analytical spectral line

2.3 标准溶液的梯度选择

为了建立浓度区间适宜的标准曲线，满足相关系数不低于0.999，进行了多次试验，配制了样品的基体溶液、试剂的空白溶液和待测元素的光谱干扰试验溶液，优选出混合标准工作溶液的浓度见表2。

表2 标准曲线浓度梯度Tab.2 Concentration gradient of standard curve μg·mL-1

2.4 基体干扰探讨

采用单因素试验法，在不同基体浓度下，考察不同含量的镉、铬、铅、砷元素在选定波长下基体的干扰情况，逐一对待测元素的不同干扰浓度进行试验，考察基体浓度对待测元素的干扰情况，确定扣除背景方式和干扰限值，确定基体均无明显影响的浓度。试验过程准确移取10.00 mL样品溶液于一组100 mL容量瓶中，分别加入2.00 mL镉、铬、铅、砷标准工作溶液(10 μg/mL)，以水定容，摇匀，进行基体干扰试验。试验结果表明：基体浓度在5 mg/mL时，对待测元素无干扰。

2.5 重复性试验

为了验证分析方法的精密度，对同一样品独立进行6次测定，测定结果见表3。

表3 重复性试验结果Tab.3 Results of repeatability test

续表3 (Continue)

2.6 加标回收试验

为了验证检测方法的准确度，通过加入一定质量待测元素的标准溶液进行试验，得到各待测元素的回收率在95.96%～101.23%，满足要求，实验结果见表4。

表4 加标回收试验结果Tab.4 Results of standard addition recovery test %

3 结论

通过试验优选出适宜的分析谱线，建立了电感耦合等离子体发射同时测定融雪剂中的镉、铬、铅、砷元素的含量分析方法。建立了能够涵盖样品含量区间的标准曲线，镉、铬、铅、砷的质量浓度在0.10 μg/mL～2.00 μg/mL范围内与光谱强度呈良好的线性关系，相关系数均大于0.999。通过开展加标回收试验，样品加标回收率为95.96%～101.23%，验证了方法的准确度，通过进行重复性试验，得到测定结果的标准偏差满足要求，值得推广应用。