一种适用于伏安溶出法重金属监测的前处理设计

卓静

（厦门斯坦道科学仪器股份有限公司，福建 厦门361000）

重金属造成的环境污染危害日益凸显，是当前亟待妥善解决的突出环境问题。2016 年初，国务院正式批复《重金属污染综合防治“十三五”规划》，将完善我国现有的水质重金属监测体系作为一项重要工作目标。因此做好重金属在线监测前处理装置的研发，探讨和改进在线监测前处理的技术和手段，为污染源环境保护管理提供了大量基础数据和决策依据，是一项重要工作。但水质多样复杂，需经消解才能测试，目前常用的伏安溶出法重金属检测，其消解方式多为加酸高温高压消解[1]，消解耗能高，时间长，不安全，而且消解不彻底[2]。或者有些有用臭氧消解但只是直接鼓泡消解，消解效率较低，其在线监测所得的数据未能达到精度要求[3]。因此，本文重点讲述适用于适用于伏安溶出法重金属监测的前处理设计。

1 臭氧消解原理说明

1.1 使用臭氧消解的基础方法原理。溶出伏安法是测定水样中痕量重金属的常用方法，但水样中存在铵盐，氰化物，有机胺，多环芳烃，以及还原性物质等干扰物，这些干扰物容易和待测溶液的金属离子生产比较稳定的络合物而改变金属离子的活度，使其峰值电位发生变化[4]。此外，干扰物的种类和浓度通常无法得知，使重金属离子的峰值电位失去定量意义。臭氧方法是在特定消解试剂的辅助下，分解形成二次氧化剂羟基自由基，与干扰物质发生反应，由于羟基自由基对反应物没有选择性且反应速度很快，因此使用臭氧能很快的消解样品水溶液中的干扰物质。整体设计无添加任何离子有效氧化水样中的干扰物，尤其针对工业废水尤其电镀废水[5]中的重金属测量前处理，有明显高效的回收率，大大降低了测量误差。

1.2 消解控制原理及搭建：整体设计将仪器消解模块分为三部分：臭氧发生器、文丘里雾化装置、微控制器。以臭氧作为载气通过文丘里缩小管口形成高速气流，带动水样从水样池通过管路，在高速气流下水样可以形成微米级液滴，提高臭氧在水中的溶解。结合二次气泡石鼓泡消解，并在消解试剂的协同作用下可以彻底地消解干扰物质。采用高精度低成本的电学硬件系统、数据采集与处理系统，研究信号采集、处理技术和信号调理电路设计，实现消解全自动运行。

图1 臭氧消解装置图

表1 各水样测试比对表

2 关键技术说明（图1）

A 控制单元定时打开臭氧发生器，通过流量表和压力表信号自动调整臭氧流量，臭氧通过文丘里细小管口形成高速气流，带动水样通过管路，在高速气流下水样形成微米级液滴,液滴进入消解杯到达第一液位控制器位置时，发送信号至控制单元关闭臭氧发生器；B 控制单元发送信号至电磁阀和蠕动泵，输送消解试剂至消解杯第二液位控制器位置时，发送信号关闭蠕动泵和电磁阀；控制单元再一次打开臭氧发生器，切换气路，使臭氧直接进入消解杯内的气泡石，在消解杯内鼓泡消解；达到设定时间后，关闭臭氧发生器，消解后的液体通过排液阀排出，进入检测环节。

3 实验数据

在地表水、电镀厂废水和皮革厂废水排放口处不同时段分别取六个样，每个样分成3 份，一份送第三方检测实验室按标准方法检测，一份未经消解直接用在线仪器检测，一份用本臭氧方法消解后再用在线伏安溶出法仪器检测，消解试剂包含碳酸氢钠、硫酸铵、硫代硫酸钠和过硫酸氢钾中的一种或者多种试剂混合。结果表明，经消解的检测结果和标准方法检测结果有良好的对应关系，其结果偏差小于10%，未消解的检测结果与标准方法的偏差较大（表1）。

4 结论

本设计克服了传统重金属水样前处理步骤繁琐、干扰大等不足，实现对不同水质中多种重金属离子的检测前处理。利用臭氧消解技术、配合文丘里装置和PLC 控制，集水路控制、自动消解、信号采集与传输为一体，实现消解模块中的进液、消解、通讯一体化，其精确度、准确度、离子干扰效应等均满足使用要求。