ICP-AES法测定粉煤灰堆场扬尘中重金属污染研究

仲 利

(国家钒钛制品质量监督检验中心 攀枝花市产品质量监督检验所，四川 攀枝花 617000)

粉煤灰，是从煤燃烧后的烟气中捕集下来的细灰，主要来源于燃煤电厂排放。攀枝花作为二十世纪末西南边陲最重要工业城市，贮藏着丰富的钢铁、煤炭资源，为了推动工业城市的建设和发展，建立了若干规模庞大的燃煤电厂。随着环保事业的推动，对于这些燃煤电厂排出的粉煤灰等固体废弃物，日益受到人们的重视。在粉煤灰等废弃物的综合利用进程中，其污染问题不容忽视。污染的传播与控制是环境保护的主要议题，其中重金属污染一直是污染防治的重要内容，重金属在环境中迁移的研究对于环境保护的意义巨大。对于固体废弃物的重金属污染，本文对粉煤灰堆场中因扬尘造成的重金属迁移，应用分析化学手段进行了监测研究，通过现代仪器分析中的电感耦合等离子发射光谱法，对铅、铬、镉、砷、汞、锰、镍、铜、锌8种重金属进行同时测定，实验中选取微波消解快速处理扬尘样品，使用仪器对重金属含量进行自动分析，并考察了分析方法的检出限、精密度和回收率。研究体现出该分析方法速度快、效率高、适用面广的优点，适合推广应用。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

Optima-8300型电感耦合等离子体原子发射光谱仪(美国珀金埃尔默公司)；PRO微波消解仪(奥地利安东帕有限公司)；AR2140电子天平(美国奥豪斯仪器有限公司)。

铅、铬、镉、砷、汞、锰、镍、铜、锌标准储备溶液(1000mg/L，国家有色金属及电子材料分析测试中心)；测定前以标准储备溶液稀释配制工作曲线标准溶液。

盐酸(优级纯)；硝酸(优级纯)；氢氟酸(分析纯)；硼酸(分析纯)；实验用水为分析实验室用二级水。

1.2 仪器工作条件

Optima-8300电感耦合等离子体发射光谱仪工作参数如下：等离子体流量：15 L/min，进样速率1.5 mL/min；条件射频功率：1300 W，雾化器流量0.55 L /min，辅助气流量：0.2 L/min。

1.3 实验方法

称取扬尘样品0.2 g左右，精确至0.0001 g；记录样品质量，置于微波消解罐中，加入5 mL 氢氟酸，5 mL硝酸，按表1微波消解程序消解，运行完毕后冷却打开，用电热赶酸器赶酸至1 mL左右，转移至100 mL容量瓶，并用5 %盐酸溶液多次冲洗，将洗液都收集在容量瓶中，定容、混匀备用。同时做试剂空白实验。上机测试标准系列溶液发射强度，绘制工作曲线，测试样品消解溶液发射强度，根据工作曲线计算溶液待测元素质量浓度。

表1 微波消解程序

2 结果与讨论

2.1 样品预处理方法

实验对比了微波消解和传统的湿法酸消解，结果显示，在标准加入实验中传统加热湿法消解的As和Hg的回收率相对于微波消解偏低，可能是由于传统湿法消解温度不易控制，温度偏高则造成了As和Hg的挥发，结果准确度受到影响。且传统湿法消解消温度低的情况下，对于主要成分为粉煤灰及硅灰的扬尘样品，消解速率过慢，需要长时间人为值守并控制温度，操作繁琐。而微波消解时间短，效率高，控制条件稳定，自动化和程序化大大改善了大批量样品消解条件的一致性和稳定性。故方法选取微波消解，提高了分析的效率和准确度。

2.2 仪器分析波长的选择

为解决分析过程中的光谱干扰，实验按仪器推荐波长对每一待测元素选择至少4条谱线以上，在测量完成后的光谱结果中对于每一元素的所有谱线横向对比，优选分析谱线，主要规避了共存元素造成的重叠干扰和其他背景干扰，并参考谱线相对强度、信噪比及元素的质量浓度范围等因素。比如因为Cd在214.228 nm对砷228.810 nm谱线有严重干扰， As的谱线不可选择228.810 nm；样品中含磷较高，P在213.617 nm处对Cu 213.597的谱线干扰较大，故应避开Cu 213.597nm的谱线。通过对实际测得各谱线处的峰形和强度，筛选出待测元素的谱线如表2所示。

表2 分析元素谱线干扰及优选谱线

2.3 标准曲线及检出限

通过对标准储备液稀释配制而成的混合标准系列溶液的测量，标准曲线溶液质量浓度及工作曲线的线性关系见表3。重复测定空白溶液11次，得到各元素的发射强度，依据工作曲线斜率，计算检出限。

表3 线性相关系数及检出限

2.4 基体效应

按照方法预处理程序，消解样品得到样品溶液，设计标准加入法进行对样品各重金属元素含量进行测量分析，与校正曲线法所得结果进行对比，结果见表3，可得各元素相对误差均小于2 %，说明方法参数下受该类样品的基体效应影响可以忽略，这是因为样品由氢氟酸消解，经过除硅等过程，样品溶液的基体效应基本消除。故在标准系列溶液配制过程中无需进行基体匹配。

表4 校正曲线法和标准加入法测定结果对比

2.5 精密度与加标回收实验

应用方法确定的条件参数，实验对样品进行了加标回收实验，由表5可见，Pb、Cr、Cd、As、Hg、Mn、Ni、Cu、Zn的加标回收率均在97%～102 %之间，As和Hg的加标回收率在95%～100%之间，说明本方法准确可靠，无基体效应对测定结果的干扰。对随机抽取的扬尘样品进行11次平行测定，计算方法的精密度。其中As、Hg含量低于检出限，则对样品消解液加标回收液进行测定，其标准偏差分别为3.96 %和4.58 %，即各元素方法测量结果的标准偏差均不大于4.6%，表明测定结果重复性好，具体数据如表5所示。

表5 加标回收实验结果

表6 精密度实验结果

3 结论

通过系列实验分析研究，对于粉煤灰堆场扬尘样品建立了微波消解预处理，以ICP-AES法测定其9种常见重金属的分析方法。方法使用一种仪器同时测定9种重金属元素，大大简化了分析过程，提高了速度及效率，其结果准确可靠，方法检出限满足环保监测要求。也可经优化扩展应用于其他金属元素的分析测定，以及作为其他分析方法开发的参考。