浊点萃取-火焰原子吸收光谱法测定煤质活性炭中镉含量

杨蒲晨 赵发宝 张鑫鑫

（1.大同出入境检验检疫局 山西大同 037006；2.山西出入境检验检疫局；3.长治出入境检验检疫局）

1 前言

煤质活性炭广泛应用于水净化和污水处理、气体净化和废气处理、溶剂回收等过程中，发挥着保护环境、节能减排的重要作用。由于生产原料（煤炭）和生产环节的原因，煤质活性炭成品均含有一定量的重金属，但如果产品本身重金属（如铅Pb、镉Cd、锌Zn等）含量过大，其所净化的水质、气体、溶剂等将难以达到要求，对人类的生产、生活会造成危害。对此，部分国内外客商在购买煤质活性炭时，要求对重金属含量进行检测，而国内目前尚未制定相关的检测标准。因此，有必要对煤质活性炭中重金属含量的检测进行研究。

浊点萃取技术（CPE）是近年来出现的一种新兴的环保型液-液萃取技术，它以表面活性剂的浊点现象为基础，通过改变实验参数（如溶液的pH值、温度等）引发相分离，使待测元素得到有效收集，具有表面活性剂用量小、萃取分离速度快、经济、安全、高效、操作简便且应用范围广等优点。作为测定样品中痕量金属离子的前处理手段，CPE在分离和富集痕量金属离子方面起着重要作用。煤质活性炭中某些元素（如Cd）的含量有时很低，采取CPE可有效对待测元素进行萃取富集。国内虽有将煤质活性炭用稀酸浸泡，检测浸泡液中重金属含量的方法，但此方法只适用于水净化和污水处理过程的活性炭，不能对其他用途活性炭中的重金属含量进行测定。本研究建立的方法经过试验验证，可准确检测活性炭中的重金属，且随着原子吸收光谱仪逐渐普及，可广泛应用。

2 材料与方法

2.1 材料

2.1.1 仪器

Contrra300型（contrAA®300）火焰原子吸收

光谱仪：德国耶拿公司；MARS 6 240/50型微波消解仪：美国CEM公司。

2.1.2 试剂

Cd标准溶液：1000μg/mL，购自中国计量科学研究院；硝酸、氢氟酸、过氧化氢、双硫腙、Triton X-100、丙酮、氨水、NH4Cl：均为分析纯；蒸馏水：电阻率为15MΩ·cm的去离子水。

2.2 方法

2.2.1 溶液配制

（1）系列标准溶液

用2%的硝酸将Cd标准溶液稀释为100μg/mL的储备液，再用储备液配制0、0.01、0.02、0.03、0.05、0.1μg/mL系列标准溶液。

（2）双硫腙溶液

称取0.0260g双硫腙置于烧杯中，用丙酮溶解后移入100mL棕色容量瓶中，用丙酮定容至刻度，即为1.0×10-3mol/L的双硫腙丙酮溶液，备用。

（3）Triton X-100溶液

称取1.0g Triton X-100溶于100mL水，即为10.0g/L Triton X-100溶液，备用。

（4）NH3-NH4Cl缓冲液

称取50g NH4Cl溶于适量水中，加入3.5mL浓度为15mol/L的NH3.H2O溶液，用水稀释至500mL。

2.2.2 样品制备

用四分法取5g-10g试样粉碎并全部通过0.075mm试验筛；将试样置于150℃±5℃电热恒温干燥箱内干燥2h，放入干燥器中冷却至室温，备用。

2.2.3 试验方法

2.2.3.1 微波消解

称取0.2000g（精确至0.0002g）干燥后的试样于消解罐中，加入浓硝酸10mL、过氧化氢2mL，盖上内罐盖并置于耐压外罐中，装上温度和压力传感器，放入微波消解仪中进行消解（消解参数：功率1KW，温度180℃，时间15min）；取出冷却至室温，加入氢氟酸2mL，加盖密闭后于微波消解罐中消解（消解参数：功率1KW，温度180℃，时间20min）；消解完毕将消解液置于电热板上加热赶酸，用水定容至50mL。同时做空白实验[1]。

2.2.3.2 浊点萃取

取3份上述溶液（每份5mL）分别置于3个10mL离心管中，依次加入络合剂双硫腙溶液、表面活性剂Triton X-100溶液、NH3-NH4Cl缓冲溶液，水浴加热至浊点，溶液变混浊，发生相分离；离心10min，不溶于水的络合物便萃取进入表面活性剂富集相，冷却后，用吸管除去水相，得到含镉金属离子的表面活性剂富集相，稀释至100mL后直接测定[2]。

为了获得最佳萃取条件，比较了不同双硫腙和Triton X-100溶液用量、pH值和温度、萃取时间等条件下的萃取效果，最终采用的最佳萃取工作条件见表1。

表1 浊点萃取工作条件

2.2.3.3 空白溶液的制备

样品空白溶液的制备除不加试样外，其余操作同2.2.3.1-2.2.3.2。

2.2.4 仪器工作条件

Cd的分析谱线波长、燃烧头高度、燃气（乙炔）流量如表2所示，燃烧头高度、燃气（乙炔）流量均经过仪器自动优化；氙灯电流为13mA，光谱通带宽度仪器自动调节，乙炔气的纯度大于99.99%。

表2 仪器工作条件

3 结果与讨论

3.1 溶解方法及酸量选择

活性炭中Cd含量未知，有的在痕量级别，采取常规干法灰化加上湿法消解有可能使待测元素损失，而采取微波消解和浊点萃取进行前处理可以将待测元素有效收集。微波消解过程采用硝酸、过氧化氢、氢氟酸，可以将试样中多种化合物及氧化物充分消解，使金属离子以液态形式存在；高浓度的硅（Si）会降低Cd的灵敏度，故用氢氟酸去除。酸用量需适量但要保证样品充分溶解，以使待测溶液的吸光度高且稳定。

3.2 仪器工作条件优化

3.2.1 分析线选择

试验中，根据仪器谱线库提供的谱线和灵敏度以及待测元素实际含量的高低，通过比较228.8018nm 和226.502两条谱线的信噪比和吸光度，结果表明：Cd228.8018nm受到共存组份的光谱干扰相对较少，且吸光度高，故试验选择波长为Cd 228.8018nm的谱线[3]。

3.2.2 光谱通带选择

大的光谱通带，意味着单色器和检测器可以获得的辐射量大。光谱通带的选择应该是能宽则宽，需窄则窄，最重要的指标是信噪比和标准曲线的线性，同时也要考虑分析谱线的干扰情况和吸光度。测试过程中仪器自动对光谱通带进行调节优化。

3.2.3 燃气/助燃气比选择

燃气/助燃气比的最佳化有助于减少或排除干扰，实际测试过程中，乙炔气流量进行自动优化，燃气/助燃气比相应达到最佳测试条件。

3.2.4 灯电流选择

灯电流直接影响分析的灵敏度和稳定性。灯电流低，可以增加灯寿命和改善大多数元素的灵敏度；灯电流高，通过灯辐射的确定能量，可以获得合理的信噪比。仪器将光源氙灯的电流固定为13mA。

3.2.5 背景干扰及扣除

试验用加入煤质活性炭基体后配制的工作曲线制作Cd标准曲线，结果表明，标准溶液中加入基体煤质活性炭后，可以有效消除其他元素对Cd的干扰，消除因背景干扰引起的分析误差。

3.3 标准曲线和检出限

按试验方法对Cd的系列标准溶液进行测定，Cd的吸光度呈线性关系，线性回归方程、相关系数和检出限见表3。对空白溶液测试20次求得标准偏差Sb，K为校准曲线斜率，检出限由3Sb/K求出。

表3 线性回归方程、相关系数及检出限

3.4 样品分析结果

按试验方法对煤质活性炭2个样品进行测定，每个样品平行测定6次，在煤质活性炭样品中加入一定量的Cd标准溶液[4]，样品的分析结果为表4所示。

表4 样品分析结果

4 结论

使用微波消解和浊点萃取进行前处理，选择火焰原子吸收光谱仪测定煤质活性炭中镉含量，不仅具有准确、可靠的优点，而且提升了检测效率。

［1］张长霞，张美婷.微波消解试样-火焰原子吸收光谱法测定野菜和蔬菜中微量元素[J].理化检验，2011，47（3）：363-364.

［2］杨柳，周方钦，黄荣辉，等.浊点萃取-火焰原子吸收光谱法测定矿渣中痕量金[J].分析科学学报，2008，24（2）：185-188.

［3］GB/T 16658-2007 煤中铬、镉、铅的测定方法[S].

［4］马丽君.火焰原子吸收光谱法测定粗铜中痕量铋、锑[J].理化检验-化学分册，2010，46（1）：36-37，40.