电热板加热消解-电感耦合等离子体发射光谱法测定渗滤液中多种金属元素

黄秋菊，杨曼，覃建友

（1.中国检验认证集团广西有限公司，广西防城港 538001；2.广西生态工程职业技术学院，广西柳州 545004）

随着城市的快速发展，人口和规模持续增加，生活垃圾产量持续增加。在城市生活垃圾处理中，固体垃圾主要以填埋方式进行处理，在填埋处理过程中会产生大量的垃圾渗滤液，如何减少垃圾渗沥液的危害是应用此技术必须解决的关键问题[1]。

垃圾渗滤液是指来自于垃圾填埋场中垃圾本身含有的水分、进入填埋场的雨雪水及其他水分，扣除垃圾、覆土层的饱和持水量，并经历垃圾层和覆土层而形成的一种高浓度废水。由于垃圾渗滤液的水质相当复杂，一般含有高浓度有机物（如各种芳香族化合物和腐殖质等）、重金属盐（如铬、铅和铜等）、无机盐（如氨根、碳酸根和硫酸根等），不仅会污染土壤及地表水源，还会对地下水造成污染[2-3]。渗滤液中普遍含有多种金属离子，其中铁和锌在酸性发酵阶段较高，铁的浓度可达2 000 mg/L，锌的浓度可达130 mg/L，铅的浓度可达12 mg/L，钙的浓度甚至达到4 300 mg/L。而由于缺乏可生物降解的有机碳源，垃圾渗滤液在目前仍是一种难以处理的废水资源[4]。

目前尚没有专门针对垃圾渗滤液的测量方法，《生活垃圾填埋场污染控制标准》（GB 16889—2008）推荐的还是基于《空气质量 恶臭的测定 三点比较式臭袋法》（GB/T 14675—1993）和《空气质量硫化氢、甲硫醇、甲硫醚和二甲二硫的测定 气相色谱法》（GB/T 14678—1993）等标准的比较传统的分光光度法，操作步骤烦琐，精密度和稳定性较差。电感耦合等离子体发射光谱具有环形结构、高温度、电子密度高、惰性气氛等特点，用它做激发光源具有检出限低、线性范围广、电离和化学干扰少、准确度和精密度高等分析性能[5]。因此，本文开发了基于电感耦合等离子体发射光谱的垃圾渗沥液金属元素测定方法，通过优化前处理步骤，同时测定多种金属元素，节约样品分析时间，提高检测效率[6]。

1 材料与方法

1.1 仪器与试剂

实验用水为自制一级水；硝酸（1.42 g/mL），优级纯，西陇科学股份有限公司；24 种金属混标储备液，坛墨质检科技股份有限公司；锰标准溶液、铁标准溶液，国家有色金属及电子材料分析测试中心；水质6 种金属混标及水质 铁与锰混合，生态环境部发展中心环境标准样品研究所。

ICAP 7400 型电感耦合等离子体发射光谱仪，美国Thermo Fisher 公司；HT-400 型实验室加热板，广州格丹纳仪器有限公司；Advanced-UV-50 型超纯水机，成都唐氏康宁科技发展有限公司。实验所用玻璃器皿均用硝酸溶液（1+1）浸泡24 h 后，用去离子水冲洗。

1.2 样品前处理

取100.0 mL渗滤液，加入5.0 mL硝酸溶液（1+1），在电热板上加热消解，保持溶液不沸腾，慢慢加热至近干，取下冷却。反复进行这一过程，直到溶液颜色变浅或稳定不变。然后加入5.0 mL 硝酸溶液（1+1），再加少量水加热溶解残渣，冷却后用纯水定容至100.0 mL，使最终溶液的酸度为1%的硝酸酸度（v∶v）。

1.3 标准溶液的配制

铅、镉、铬标准溶液用24种金属混标储备液配制，先将标准溶液稀释至100.0 mg/L，分别移取0.00 mL、0.20 mL、0.40 mL、1.00 mL、2.00 mL、4.00 mL、5.00 mL至100 mL 容量瓶，用1%硝酸（v∶v）定容至刻度，得到铅、镉、铬浓度分别为0.00 mg/L、0.20 mg/L、0.40 mg/L、1.00 mg/L、2.00 mg/L、4.00 mg/L、5.00 mg/L 的系列溶液。

铁、锰标准溶液分别使用对应标准品配制，先将标准溶液稀释至100.0 mg/L，分别移取0.00 mL、0.50 mL、1.00 mL、2.00 mL、5.00 mL、10.00 mL、15.00 mL 至100 mL 容量瓶，用1%硝酸（v∶v）定容至刻度，得到铁、锰浓度分别为0.00 mg/L、0.50 mg/L、1.00 mg/L、2.00 mg/L、5.00 mg/L、10.00 mg/L、15.00 mg/L 的 系列溶液。

以标准溶液浓度为横坐标，发射强度为纵坐标进行标准曲线拟合，多次重复，获得其平均校准曲线范围、相关系数，并计算检出限及测定下限。

1.4 仪器测定

用电感耦合等离子体原子发射光谱仪同时测定标准曲线及试样的发射强度，在选定的波长上各元素的质量浓度与发射强度值成正比，由发射光强度值在校准曲线上查得待测溶液的质量浓度。

仪器参数如下：RF 功率，1 150 W；雾化气流量，0.70 L/min；辅助气流量，0.50 L/min；等离子气流量，15.0 L/min；冷却气流量，12.0 L/min；进液泵速，50 r/min；观测高度，15 mm；等离子体观测方式，水平。

检测结果按照公式（1）计算。

其中，ρ、ρ1和ρ0分别表示样品、试样和空白试样中目标元素的质量浓度，mg/L；f表示稀释倍数。

1.5 方法学验证

1.5.1 精密度

铅、镉、铬元素用水质6 种金属混标配制，取10.00 mL 标液用1%的硝酸（v∶v）定容至250.0 mL容量瓶，待测；铁、锰元素用水质 铁与锰混合标准品配制，取10.00 mL 标液用1%的硝酸（v∶v）定容至250.0 mL 容量瓶，待测。对上述标准物质样品进行7次平行测定，计算精密度。

1.5.2 准确度

渗滤液样品各元素浓度含量：铅约为5 mg/L，镉约为0.5 mg/L，铬约为1 mg/L，铁约为25 mg/L，锰约为5 mg/L。量取100 mL 样品，分别加入不同体积的金属元素标准品，使溶液中各元素标准品的加入量达到25 μg、50 μg、100 μg、250 μg，计算加标回收率。

2 结果与分析

2.1 方法检出限和测定下限

以质量浓度为横坐标，对应发射光强度为纵坐标绘制工作曲线。连续7 d 每天对空白溶液进行测定，共16 次测定，依据《环境监测分析方法标准制订技术导则》（HJ 168—2020）的规定，一般以检出限的4 倍作为测定下限。各元素校准曲线范围、相关系数、检出限、测定下限结果见表1。从表1 可知，铅、镉、铬、铁、锰等金属元素的相关系数均达到0.999 以上，检出限结果均满足渗滤液标准限值的1/4 要求。

表1 校准曲线范围、相关系数、检出限、测定下限结果

表2 方法的精密度

2.2 精密度的测定

按照实验方法，用标准物质作为样品对其进行7 次平行测定，测定结果见表2。实验结果表明，方法的标准偏差在0.53%～3.88%，方法的精密度均小于5%，精密度良好。

2.3 准确度测定

加标回收实验结果如表3 所示。从表3 可知，该方法的加标回收率在73.0%～102.0%，准确度较高。

表3 加标回收率结果

3 结论

实验结果表明，用硝酸对试样进行电热板消解，电感耦合等离子体原子发射光谱仪测定渗滤液中的铅、镉、铬、铁、锰5 种金属元素，能够满足渗滤液中铅、镉、铬、铁、锰5 种金属元素的测定要求，该方法具有以下特点：（1）方法流程简单，干扰少；（2）方法的检出限和测定下限比较低，检出限在0.006 ～0.054 mg/L（n=16）；（3）方法的精密度较高，标准偏差在0.53%～3.88%（n=7）；（4）方法的准确度较高，加标回收率在73.0%～102.0%，质控样的结果均在不确定度范围内；（5）方法能同时测定多种元素，节约分析时间成本。