高压密闭消解—电感耦合等离子体原子发射光谱法测定阳极泥中铅、锰、锌

李维栋，张 歌，降林华，徐初阳

(1.安徽理工大学 材料科学与工程学院，安徽 淮南 232001；2.中国环境科学研究院 重金属清洁生产工程技术中心，北京 100012)

锌电解过程产生的阳极泥中含有大量Pb、Mn、Zn等重金属元素[1]。Pb主要来源于铅板腐蚀溶解[2]，Mn主要来源于电解工艺制膜封铅过程。目前，测定阳极泥中Pb、Mn、Zn有滴定法、原子吸收光谱法和原子荧光光谱法等。滴定法主观判断度误差较大，对滴定终点判定不准确，且耗时较长。原子吸收光谱法无法同时测定多种元素，且测定过程复杂、时间长。原子荧光光谱法适用元素范围较窄，且某些元素测定条件比较苛刻[3]。高压密闭消解样品酸耗较少，密闭空间内挥发损失较少且不易被污染[4]；ICP-AES法检测速度快，灵敏度高，可同时对多种元素进行检测[5-10]：因此，研究了以高压密闭法消解样品、以ICP-AES法同时测定阳极泥中的Pb、Mn、Zn。

1 试验部分

1.1 仪器与试剂

Pipet-Lite移液枪；DB-2B数显控温不锈钢加热板；Milli-Q超纯水系统，英国Millipore公司；BS-224S型电子天平，德国Sartorius科学仪器有限公司；PE Optima 8000型电感耦合等离子体原子发射光谱仪，美国PerkinElmer公司；配备自动进样器；电热鼓风干燥箱，XCT3，上海圣欣科学仪器有限公司；分装式高压密封消解罐。

氢氟酸，分析纯，西陇化工股份有限公司；盐酸，硝酸，BⅧ级，北京化学试剂研究所；铅、锌、锰单元素标准溶液，1 000 μg/mL，国家有色金属及电子材料分析测试中心。

1.2 ICP-AES工作参数

十字交叉雾化器及Scott雾室。

测定条件：射频功率1 300 W，等离子体流量15 L/min，辅助气流量0.2 L/min，雾化器流量0.55 L/min， 泵进样量0.8 mL/min，冲洗时间20 s， 稳定时间5 s。目标元素分析谱线波长：Pb，220.353 nm；Mn，257.610 nm；Zn，206.200 nm。

1.3 试验原理与方法

1.3.1 样品预处理

从某锌电解车间电解槽采集具有代表性的阳极泥样品若干个，晾干后研磨过250目筛，备用。

1.3.2 样品消解

高压密闭消解是在干燥箱中利用密封的PTFE内胆加温加压对待测样品进行消解，在密闭加热消解条件下既可降低因酸挥发造成的测定结果误差，又可提高待测样品消解率[11-12]。

阳极泥中含有大量重金属、盐类、硫化物、有机物质等。采用加热板加热与微波消解时待测样品消解不彻底，检测结果误差较大。利用消解罐体内高温高压密闭强酸体系(HF、HCl、HNO3、H2O2混合强酸体系)环境可快速消解难溶物质，将固态样品消解为离子状态，缩短消解时间；且可使被测组分因挥发导致的损失降到最小，提高测定准确性。常用来消解测定微量元素及痕量元素。

首先用0.49 mol/L稀硝酸浸泡消解罐8 h，然后用0.049 mol/L稀硝酸溶液冲洗干净并烘干，加入5 mL硝酸溶液，在高压密闭消解仪中进行3次高温清洗，待消解罐温度冷却至室温后取出，加入0.05 g待测样品、1 mL氢氟酸、3 mL 盐酸、6 mL硝酸及2 mL过氧化氢[13-14]，混合摇匀后静置一段时间，拧紧消解罐放入消解仪中进行消解。在160 ℃下消解3～4 h，待消解罐温度降至室温，取出消解液放置在电加热板上连续赶酸8～12次，之后定容至50 mL，待测。

空白样品加入1 mL氢氟酸、3 mL盐酸、6 mL硝酸及2 mL过氧化氢的混酸体系溶液作参比。

1.3 标准溶液配制

分别移取10 mL Pb、Mn、Zn单元素标准溶液于100 mL容量瓶中，用稀硝酸溶液稀释成质量浓度100 mg/L的混合标准储备溶液。再逐级稀释后配制不同质量浓度的目标元素标准混合溶液，质量浓度分别为0.1、0.5、1.0、5.0、10.0、50.0、100.0 mg/L。参比溶液为0.049 mol/L稀硝酸溶液。

试验用水为超纯水，电阻率不小于11.6 MΩ·cm。

1.4 加标回收试验

取3个待测样品各一式两份，一份在高压密闭消解后进行ICP-AES测定，结果作为标准值；另一份添加适量标准溶液后进行加标回收试验，根据加标回收率验证测定结果的准确性。

2 试验结果与讨论

2.1 仪器分析谱线的选择

利用ICP-AES测定多种元素，分析谱线应选择灵敏度较高、信噪比较高、背景值较低且各目标元素光谱之间无相互干扰的谱线[15]。试验所选谱线：Pb 220.353 nm，Mn 257.610 nm，Zn 206.200 nm。3种元素均有很好的响应值。

2.2 标准曲线的绘制及检出限

根据仪器工作条件对不同质量浓度标准混合溶液进行测定并绘制标准曲线。在最佳仪器工作条件下，对空白溶液连续测定11次，以3倍标准偏差计算各元素检出限[16]、校正仪器基体效应与信号漂移误差。结果表明，用ICP-AES对3种目标元素进行测定的相关系数均大于0.999 9，线性关系良好，满足分析要求。具体标准曲线参数见表1。

表1 标准曲线参数

2.3 加标回收试验

按试验方法对阳极泥中Pb、Mn、Zn进行测定，同时采用加标回收法进行准确度排差，Pb、Mn、Zn加标量分别为20、30、10 g/kg，加标回收试验结果见表2。

表2 加标回收试验结果

由表2看出：3种元素的加标回收率均在97.30%～101.80%范围内，说明方法准确可靠。

2.4 精密度与准确度测定

用高压密闭消解—ICP-AES法测定2个样品中Pb、Mn、Zn，每个样品平行测定8次，结果见表3。可以看出，各元素测定结果的RSD均小于1.83%，说明方法的精密度较高。

按试验方法测定2个样品中的Pb、Mn、Zn，每个样品平行测定3次，计算平均值与标准参考值，测定结果见表4。可以看出，3种目标元素测定结果的相对误差均小于0.67%，RSD均小于1.49%，说明测定结果准确度较高。

表3 精密度测定结果

表4 准确度测定结果

3 结论

采用高压密闭消解—ICP-AES法测定阳极泥中Pb、Mn、Zn，测定结果准确、可靠，方法有较强抗干扰能力，可以同时测定多种元素，对于阳极泥中多种元素的同时测定有较好的适用性。