电感耦合等离子体发射光谱法检测废水中重金属离子

潘沛玲

(肇庆医学高等专科学校，广东 肇庆 526200)

随着现代科技和工业的快速发展，“三废”排放越来越严重。工业废水通常含有大量有机物质和重金属离子，如铜离子、铁离子、铬离子、锰离子、钯离子、镉离子、锌离子等，若直接排放，会对地下水造成严重污染，导致生活饮用水水质超标，进而危害人体健康，甚至造成重金属中毒[1-3]。因此，必须严格控制工业废水的排放，排放前必须对其进行严格的处理和检测，尤其是对重金属离子的检测[4-6]。传统的滴定检测法效率较低，而且精度不高；色谱-原子光谱法联用是一种高效检测方法[7-10]，能够对上述重金属离子进行准确的定性和定量检测。因此，作者对电感耦合等离子体发射光谱法(ICP-OES)检测废水中重金属离子进行方法学研究，并将其用于检测实验室废水中重金属离子。

1 实验

1.1 材料、试剂与仪器

实验室废水：肇庆医学高等专科学校化学实验室废水。

铜离子、铁离子、铬离子、锰离子、钯离子、镉离子、锌离子等标准贮备液，浓度均为10 mg·L-1，国家标准物质研究所；硝酸、高氯酸、氢氟酸等均为分析纯，北京化工厂；去离子水，自制。

Optima 8300型电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-OES)，美国PE公司。

1.2 实验室废水的预处理

准确量取10 mL实验室废水置于烧杯中，加入10 mL硝酸和高氯酸混合溶液(硝酸与高氯酸体积比为10∶1)、5 mL氢氟酸，于30 ℃下恒温振荡30 min，然后移入50 mL容量瓶中，用1%硝酸定容，备用。

1.3 标准溶液的配制

准确量取1 mL铜离子标准贮备液3份，分别加入到100 mL、50 mL和20 mL容量瓶中，用去离子水定容，配制成1.0 mg·L-1、2.0 mg·L-1和5.0 mg·L-1的铜离子标准溶液；再准确量取1.0 mg·L-1铜离子标准溶液10 mL，分别加入到100 mL、50 mL和20 mL容量瓶中，用去离子水定容，配制成0.1 mg·L-1、0.2 mg·L-1和0.5 mg·L-1的铜离子标准溶液。

同法配制铁离子、铬离子、锰离子、钯离子、镉离子、锌离子等标准溶液。

1.4 样品检测

将预处理好的实验室废水加入到样品瓶中，设定ICP-OES仪器的等离子体流量为15 L·min-1、气流流速为0.2 L·min-1、雾化器流速为0.8 L·min-1、进样量为1.5 mL·min-1，检测铜离子、铁离子、铬离子、锰离子、钯离子、镉离子、锌离子等7种重金属离子浓度。

2 结果与讨论

2.1 标准曲线的绘制

分别取0.1 mg·L-1、0.2 mg·L-1、0.5 mg·L-1、1.0 mg·L-1、2.0 mg·L-1、5.0 mg·L-1的各金属离子标准溶液，采用ICP-OES法进样检测，7种重金属离子的发射谱线分别为324.7 nm、248.8 nm、357.9 nm、279.5 nm、283.3 nm、228.8 nm、213.9 nm。以重金属离子标准溶液的浓度为横坐标、响应强度为纵坐标绘制标准曲线，结果如图1所示。

由图1可以看出，在一定浓度范围内，铜离子、铁离子、铬离子、锰离子、钯离子、镉离子、锌离子等7种重金属离子的响应强度与浓度之间的关系曲线均为直线，表明响应强度与浓度呈正比关系。相应的线性范围、相关系数及检出限见表1。

图1 7种重金属离子的标准曲线

表1 7种重金属离子标准曲线的线性范围、相关系数及检出限

由表1可知，7种重金属离子的线性范围均较宽，其中铜离子的线性范围为1.0～4.0 mg·L-1，锌离子的线性范围为0.2～0.8 mg·L-1，其它5种重金属离子的线性范围均为0.5～2.0 mg·L-1；在线性范围内，7种重金属离子标准曲线的相关系数均较高，处于0.999 6～0.999 9之间，说明这7种重金属离子的响应强度与浓度之间具有较好的线性关系，若待测样品中重金属离子浓度处于线性范围内，则能够对重金属离子进行定量检测。

2.2 方法学研究

用相对误差和相对标准偏差分别评价ICP-OES法检测废水中重金属离子的准确度和精确度。分别配制2.5 mg·L-1的铜离子溶液、0.4 mg·L-1的锌离子溶液以及浓度均为1.5 mg·L-1的铁离子、铬离子、锰离子、钯离子、镉离子溶液，采用ICP-OES法进样测定响应强度，结合标准曲线计算相应7种重金属离子的浓度，每组实验平行测定5次，结果见表2。

表2 ICP-OES法检测重金属离子的准确度和精确度

由表2可知，ICP-OES法检测锌离子的最大相对误差最高，但仅为0.25%，铜离子、铁离子、铬离子、锰离子、钯离子的最大相对误差为0.12%～0.13%，镉离子的最大相对误差低至0.07%，表明ICP-OES法检测重金属离子的准确度较高。由表2还可知，ICP-OES法检测重金属离子的相对标准偏差也较低，其中铜离子的相对标准偏差最高，但仅为0.000 8，镉离子的相对标准偏差最低，为0.000 2，表明ICP-OES法检测重金属离子具有较高的精确度。

2.3 实验室废水中重金属离子的浓度

采用ICP-OES法检测实验室废水中重金属离子浓度，为了将7种重金属离子浓度控制在检出限和标准曲线的线性范围内，需要对实验室废水进行稀释处理，检测结果需要乘以稀释倍数，最终得到真实的实验室废水中重金属离子的浓度，结果见表3。

表3 实验室废水中7种重金属离子浓度检测结果(n=5)

由表3可知，实验室废水中铜离子、铁离子、铬离子、锰离子、钯离子、镉离子、锌离子的浓度分别为9.399 mg·L-1、23.100 mg·L-1、6.230 mg·L-1、2.960 mg·L-1、4.680 mg·L-1、5.950 mg·L-1和55.900 mg·L-1；7种重金属离子浓度检测结果的最大相对误差均较低，在0.07%～0.12%范围内；相对标准偏差也较低，其中浓度较高的锌离子和铁离子的相对标准偏差较高，分别为0.002 7和0.004 0；另外5种重金属离子的相对标准偏差较低，处于0.000 4～0.001 1之间。以上结果表明，采用ICP-OES法检测实验室废水中重金属离子具有较高的准确度和精确度。

3 结论

采用ICP-OES法检测实验室废水中7种重金属离子，铜离子、铁离子、铬离子、锰离子、钯离子、镉离子、锌离子的浓度分别为9.399 mg·L-1、23.100 mg·L-1、6.230 mg·L-1、2.960 mg·L-1、4.680 mg·L-1、5.950 mg·L-1和55.900 mg·L-1。该方法具有较高的准确度和精确度，相对误差为0.07%～0.25%，相对标准偏差为0.000 2～0.000 8。