ICP-AES法测定含铍污水中铍铜铬铁

陈 红，李 晖，张健康，殷艺丹

（1.西北稀有金属材料研究院宁夏有限公司，宁夏石嘴山 753000；2.稀有金属特种材料国家重点实验室，宁夏石嘴山 753000）

含铍污水需要经过絮凝、沉淀、过滤等净化分离步骤，才能达到合格排放目的［1］。国家现行污水综合排放标准要求处理后污水中Be浓度＜5μg/L、Cu浓度＜2 mg/L［2］，不合格污水需返回重新处理。净化合格后的水质检验，目前有两种分析方法，铬青R分光光度法［3］及石墨炉-原子吸收分光光度法［4］。

在实际污水处理环节中，污水中Be量及其它元素如Cu、Cr、Fe的含量等对处理过程和最终的净化结果都有不同程度的影响［5］，因此，监测含铍污水处理前、中、后的水样成分也不容忽视。由于日常生产中每天污水成分和排污量不固定，而需要一种线性范围宽，抗干扰能力强，且能同时测定污水样中多种元素的分析方法，传统的石墨炉-原子吸收光谱法及分光光度法难以满足要求，ICP-AES法却能符合。

试验通过对测定方法中Be、Cu、Cr、Fe元素分析谱线的选定，溶液中基体元素干扰、共存元素干扰及分析方法酸度影响等，确定了含铍污水中Be、Cu、Cr、Fe元素测定的ICP-AES法，满足含铍污水处理工艺过程中的分析检测需求。

1 试验部分

1.1 主要仪器与试剂

1.仪器：iCAP6300全谱直读等离子体发射光谱仪，美国赛默飞世尔科技公司制。

2.标准溶液：1 000μg/mL Be、Cu、Cr、Fe标准储备溶液，国家钢铁材料测试中心制。

3.盐酸，优级纯。

4.硝酸，优级纯。

5.试验用水为二次交换去离子水。

1.2 仪器工作参数

分析射频功率：1 150 W；冲洗泵速：125 r/min；分析泵速：50 r/min；辅助气体流量：0.5 L/min；积分时间：10 s；等离子观测方式：水平观测。

1.3 样品的预处理

准确移取100.00 mL水样于250 mL聚四氟乙烯烧杯中，加入5 mL盐酸-硝酸（盐酸∶硝酸＝1∶1，体积比）酸化水样。将盛有水样的聚四氟乙烯烧杯放置于120～140℃低温电热板，蒸干去除有机物，取下冷却，加入5 mL盐酸，将溶液转移至100 mL容量瓶中，稀释至刻度，混匀，待测。随同试样做空白试验。

若待测元素超出标准曲线范围，需稀释测定。

1.4 标准曲线绘制

将浓度为1 000μg/mL的Be、Cu、Cr、Fe元素标准储备溶液逐级稀释至所需配制标准溶液系列。此标准溶液系列介质为5%体积分数盐酸，Be、Cu、Cr、Fe元素的质量浓度见表1。

表1 标准溶液系列中各元素的质量浓度 μg/mL

2 结果与讨论

2.1 分析元素谱线的选择

于美国赛默飞世尔科技公司生产型号为iCAP6300全谱直读等离子体发射光谱仪的仪器谱线库推荐的谱线中选择Be、Cu、Cr和Fe的几条发射强度较高的特征谱线，分别对空白试验溶液、各待测元素的标准溶液（浓度为5μg/mL）、基体溶液（Ca、Mg浓度为100μg/mL）及样品试验溶液于全谱直读等离子体发射光谱仪进样，进行图谱扫描，根据各谱线轮廓和强度值，选择灵敏度高、无干扰或干扰少、信背比高的谱线，Be、Cu、Cr、Fe元素的分析谱线见表2。

表2 分析元素谱线的选择

将表2谱线通过谱图分析对比，基体元素Ca、Mg对所选的Be、Cu、Cr、Fe分析谱线均无干扰。

2.2 基体浓度的影响

含铍污水由自来水引入工艺装置，因此，其组成中除Be、Cu、Cr、Fe等待测元素以外，主体元素主要为Ca和Mg。通过对日常处理前、中、后的水样样本大量检测，得出水样中Ca和Mg最大浓度分别为100μg/mL、100μg/mL。

1.在5μg/mL的Be、Cu、Cr、Fe试验溶液中，分别加入150μg/mL的Ca基体溶液，并保证酸度匹配，测定待测元素Be、Cu、Cr、Fe谱线发射强度值Ix及不加基体溶液时谱线发射强度值ICa。以Ix/ICa之值考察基体元素的存在对待测元素的测定影响，测定结果见表3。

表3 钙基体干扰试验

Ix/ICa之值越接近1，表明主体元素的存在对待测元素的测定影响越小，反之，则表明影响较大。由表3数据可以看出，当Ca基体浓度为150μg/mL时，在iCAP6300全谱直读等离子体发射光谱仪的测定中对Be、Cu、Cr、Fe元素结果影响微弱。实际日常水样Ca基体浓度小于150μg/mL，因此Ca基体干扰可忽略不计。

2.在5μg/mL的Be、Cu、Cr、Fe试验溶液中，分别加入Mg基体溶液（同时保证酸度匹配），浓度依次为10μg/mL、20μg/mL、50μg/mL、100μg/mL、150μg/mL。测定待测元素Be、Cu、Cr、Fe谱线发射强度值Ix及不加基体溶液时谱线射强度值IMg。以Ix/IMg之值考察基体元素的存在对待测元素的测定影响，测定结果如图1所示。

图1 Mg基体干扰试验

由图1看出，Mg基体浓度小于100μg/mL时，在iCAP6300全谱直读等离子体发射光谱仪的测定中对Be、Cu、Cr、Fe元素结果影响微弱，可忽略不计。当Mg基体浓度大于100μg/mL时，对Be、Cu、测定影响较小，对Cr、Fe测定有一定的负干扰。在日常生产污水试样中，Mg基体浓度一般情况下小于100 μg/mL，可以配制Be、Cu、Cr、Fe混合标准溶液，无需基体匹配，直接测定。如遇到特殊情况，Mg基体浓度大于100μg/mL时，在测定Cr、Fe元素时，需根据Mg量采用相应的措施，必要时进行基体匹配或者标准加入校正方法处理，以保证测定结果的准确性。

2.3 共存元素干扰试验

含铍污水在净化处理过程中，水样里Be、Cu、Cr、Fe含量随每天的排污量及工艺变化而改变，一般在5μg/mL左右。试验在单元素浓度为5μg/mL Be、Cu、Cr、Fe标准试验溶液中，各自分别加入对应共存元素，以加入前后谱线发射强度的比值考察共存影响。结果表明，Be、Cu、Cr、Fe在5μg/mL共存浓度下相互间共存干扰很小，可忽略不计。

2.4 样品溶液酸度的选择

酸化蒸干后的污水残渣可使用盐酸或硝酸浸取。通过试验，以盐酸酸化及浸取的污水试样测定结果有较好的稳定性。且样品溶液酸度在盐酸体积分数为7%以下时，对被测元素发射强度基本无影响。因此，该方法选择盐酸体积分数为5%。

2.5 方法的准确度

抽取日常产生的污水试样两份，分别对应加入近似量浓度的Be、Cu、Cr、Fe标准溶液，做准确度考核，Be、Cu、Cr、Fe元素加标回收试验，结果见表4。

表4 加标回收试验

由表4可知，各待测元素加标回收率在99.0%～101.8%之间，表明方法准确度达到要求。

2.6 方法的精密度

随机抽取日常产生的含铍污水试样，准确移取9份100.00 mL平行试液于250 mL聚四氟乙烯烧杯中，按1.3试验步骤处理后测定，计算其方法的相对标准偏差。同时测定该方法对应空白溶液9次，计算其方法检出限，结果见表5。

表5 相对标准偏差及检出限

由表5可知，试验方法中各元素分析的精密度（RSD，n＝9）为0.42% ～1.12%。各元素检出限Be为0.000 6μg/mL，Cu为0.003 0μg/mL，Cr为0.003 0μg/mL，Fe为0.013 8μg/mL。

2.7 对比试验

含铍污水中Cu、Cr、Fe的测定目前尚未检索到其它分析方法可供对比，而Be的分析已有两种国标分析方法可对比参照。试验同一污水试样，采用本方法、石墨炉-原子吸收光谱法及分光光度法测定，检测值相互一致。结果见表6。

表6 方法对比试验结果 μg/mL

3 结 论

通过试验分析，建立了一种简便准确，可快速测定含铍污水中Be、Cu、Cr、Fe量的分析方法。该方法检出限低，准确度和精密度高，同时可满足环境检测需要及污水处理工艺改进需求，对铍产业发展具有积极作用。