酸化解聚—ICP—AES 法测定聚氯化铝中的有害元素

石瑞瑞，胡 丹，叶 涛，鹿 燕，杨 铭，廖上富

（1.浙江省产品质量安全检测研究院，浙江杭州310018；2.浙江方圆检测集团股份有限公司，浙江杭州310018）

聚氯化铝（PAC）是一种广泛应用在水处理中的无机高分子混凝剂。 对于生活饮用水处理使用的聚氯化铝，其有害元素含量直接影响人身健康〔1〕。 目前各国对聚氯化铝中的有害元素含量都有严格规定，但对于有害元素的种类、方法和限量存在差异。根据现有的国内外标准及文献资料〔2-5〕，有害元素的种类除砷、镉、铬、汞、铅外，还有铜、铁、锰、镍、锑、硒、锌等，其检测方法多为原子吸收光谱法、分光光度法和原子荧光光谱法等〔6-8〕。 这些方法操作复杂、耗时较长，灵敏度不高，且不能同时测定多种元素，检出限也无法满足更加严格的限量要求。

电感耦合等离子体发射光谱法（ICP-AES）的线性范围宽、灵敏度高、检测限低，能够同时快速测定多种有害元素〔9〕。 本研究在前处理过程中使聚氯化铝酸化解聚形成离子状态，用ICP-AES 法同步测定聚氯化铝中的砷、镉、铬、铜、铁、汞、锰、镍、铅、锑、硒、锌等多种元素，既提高了分析过程的效率，又保证了分析结果的准确性。

1 实验部分

1.1 主要仪器与试剂

仪器：Varia725-ES 全谱直读等离子体原子发射光谱仪，美国Aglient 公司。

标准物质：100 mg/L Quality Control Standard 21（美国SPEX CertiPrep 公司），1 000 mg/L 汞单元素溶液标准物质（中国计量科学研究院）。

硝酸，优级纯；高纯氩气（＞99.99%）；实验用超纯水（电阻率18.2 MΩ·cm）。

聚氯化铝，Al2O3质量分数为12.6%，盐基度68.3%，pH（10 g/L 水溶液）为4.0，浙江海翔净水科技有限公司。

1.2 实验步骤

1.2.1 绘制标准曲线

用1%（体积比）的硝酸将标准物质配成砷、镉、铬、铜、铁、汞、锰、镍、铅、锑、硒、锌元素质量浓度分别为0、0.2、0.5、1.0、2.0、5.0 mg/L 的系列标准溶液， 测试得到各元素的标准曲线（见表1），相关系数均＞0.999。

表1 线性方程及相关系数

1.2.2 样品预处理及测定

称取1.0 g 聚氯化铝样品，精确到0.000 1 g，放入50 mL 烧杯中，加入5 mL 硝酸，盖上表面皿，在120 ℃下加热10 min 直至不再产生黄色的氮氧化物，打开表面皿，赶酸至剩余约1 mL，取下冷却至室温，用1%（体积比）的硝酸定容至100 mL 容量瓶中，在选定的仪器工作条件下进行测试。

2 结果与讨论

2.1 酸化解聚条件

聚氯化铝由多个氯化铝配位形成， 在硝酸的酸化氧化条件下，随沉淀-胶溶反应可以解聚形成离子态〔10〕。 样品质量与加入硝酸体积之比在1∶5 以上时，加入的硝酸可使聚氯化铝解聚完全，呈澄清溶液。由于砷、汞、锑、硒具有低温易挥发特性，酸化解聚温度不宜太高，避免硝酸达到沸腾状态，以略低于120 ℃（硝酸沸点）为加热温度。 同时为避免赶除过多酸消耗较长时间而造成低温元素损失，及考虑成本因素，确定样品质量与硝酸体积之比为1∶5 最优。

2.2 仪器工作条件

通过调节射频发生器功率、辅助气体流量、雾化气流量和蠕动泵泵速等参数，在满足高灵敏度和稳定性的条件下，同时综合仪器的矩管寿命、气体消耗量，确定仪器最佳分析条件〔10〕：射频发生器功率1 200 W，等离子体气流量15.00 L/min，辅助气流量1.50 L/min，雾化气流量0.75 L/min，观察高度13 mm。

2.3 分析谱线的选择

聚氯化铝样品含有高浓度的铝，对砷、铜、锰、铅、锑、硒等目标元素会造成不同程度的光谱干扰。需综合考虑波长、灵敏度、背景和峰形等多个因素〔11〕，选择波长干扰小的谱线，特别是波长位于200 nm 以下紫外区的谱线；打开多色器高速吹扫，避免空气的干扰；选择灵敏度高的谱线，若待测样品中元素含量较高则选择次灵敏线；选择背景小、峰形对称的谱线。

根据以上谱线选择要求， 各元素谱线选择如表2 所示。

表2 元素分析谱线

根据国内外聚氯化铝标准中对有害元素含量的技术要求〔12〕，研究受干扰目标元素在不同铝质量浓度下的干扰情况， 受干扰目标元素质量浓度为0.2 mg/L，铝元素控制在1 000 mg/L 以内，如图1 所示。

图1 不同铝质量浓度下各元素的干扰曲线

对受干扰目标元素的波长进行优化选择后，铜和锰元素能够避免高浓度铝的干扰，砷、锑、硒和铅元素仍然存在正相关或负相关的干扰。 这是由特征波长位置的峰叠加造成的，即波长干扰。从图1 可以看出，当铝元素质量浓度在400 mg/L 以内时，其干扰误差＜10%，满足检测要求。 因此在聚氯化铝样品的前处理过程中，应给予相应的定容体积，以免高浓度铝对目标元素造成干扰。

2.4 方法检出限

在标准曲线下用空白溶液连续测量11 次，计算测得值的标准偏差，根据公式MDL=k×SD（MDL 为方法检出限；k 为置信因子， 取3；SD 为标准偏差），可计算得到本方法各元素的检出限和检出浓度，结果见表3。

表3 各元素的方法检出限和检出浓度

2.5 精密度

以各元素质量浓度分别为0.2、1.0、5.0 mg/L 的样品溶液上机测量6 次， 计算测得值的相对标准偏差，得到各元素的精密度，结果如表4 所示。 各元素在不同质量浓度水平上的精密度均在5%以内，重复性良好。

表4 各元素在不同质量浓度水平的精密度 %

2.6 加标回收率

线性范围内分别对低、中、高浓度进行加标回收实验，向空白样品中加标后分别为0.2、1.0、5.0 mg/L的质量浓度水平，得到各元素的加标回收率，如表5所示。 各元素在不同质量浓度水平上的加标回收率均在83.8%~110%之间。

表5 各元素在不同质量浓度水平的加标回收率%

3 结论

应用ICP-AES 法同步测定聚氯化铝中的砷、镉、铬、铜、铁、汞、锰、镍、铅、锑、硒、锌，各元素的检出限在0.040~2.06 μg/g， 精密度在0.146%~4.63%，回收率在83.8%~110%，精密度好，准确度高，可满足聚氯化铝的分析要求。 该方法对完善铝系水处理剂的元素检测方法体系， 补充国内标准中的元素技术要求有重要意义。