電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法測(cè)定污泥廢料中鉻
關(guān)鍵詞：電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法（ICP-AES）；污泥廢料；鉻；聚四氟乙烯燒杯;美析集團(tuán)（www.macylab.com）
含鉻污泥廢料來(lái)源于冶金、電鍍、化工、鉻鹽、皮革等工業(yè)含鉻廢水的處理工程中，因其中含鉻的高度致癌性而被公認(rèn)為危險(xiǎn)廢物。所以含鉻污泥廢料的資源化處理課題已是迫在眉睫。準(zhǔn)確測(cè)定污泥廢料中的鉻對(duì)含鉻污泥廢料的資源化處理有著十分重要的意義。目前測(cè)定硅酸鹽、土壤、污泥體系中低含量的鉻多采用二苯基碳酰二肼光度法，該方法采用堿熔樣品，在0.1mol/L的硫酸介質(zhì)中進(jìn)行比色測(cè)定鉻。該方法流程長(zhǎng)，繁瑣，不能滿足工業(yè)生產(chǎn)的快速需求。電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法（ICP-AES）具有操作簡(jiǎn)單、高效快速、干擾因素少、精密度和準(zhǔn)確度高等優(yōu)點(diǎn)，成為測(cè)定污泥廢料中鉻元素的新方法。（ICP-AES）測(cè)定污泥廢料中低含量鉻的報(bào)道較少。本實(shí)驗(yàn)污泥廢料中含有SiO2、C、Fe等雜質(zhì)，采用氫氟酸、硝酸和高氯酸于聚四氟乙烯燒杯中處理樣品，以10％HCl為測(cè)定介質(zhì)，建立了使用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法測(cè)定污泥廢料中鉻的方法，用于大量實(shí)際樣品的測(cè)定，結(jié)果令人滿意，取得了一定的經(jīng)濟(jì)效益。
一、實(shí)驗(yàn)部分
1.1主要儀器及工作參數(shù)
1.2主要試劑
鉻標(biāo)準(zhǔn)溶液：100μｇ/mL準(zhǔn)確稱取0.2829ｇ重鉻酸鉀（基準(zhǔn)試劑，預(yù)先于150℃烘干2ｈ，置于干燥器中冷卻至室溫）置于150mL燒杯中，加50mL水溶解，移入1000mL容量瓶中，稀釋至刻度，搖勻。硝酸（ρ＝1.40ｇ/mL）：分析純；氫氟酸（ρ＝1.12ｇ/mL）：分析純；高氯酸（ρ＝1.68ｇ/mL）：分析純；鹽酸（ρ＝1.19ｇ/mL）：分析純；實(shí)驗(yàn)用水為二次蒸餾水。
1.3實(shí)驗(yàn)方法
稱取試樣0.2~0.5ｇ于150mL聚四氟乙烯燒杯中，用少量水潤(rùn)濕試樣，加入10mL硝酸，5mL氫氟酸于150℃左右加熱約10min。然后加高氯酸5mL，繼續(xù)于240℃溫度加熱至冒高氯酸白煙，最后再繼續(xù)于200℃蒸至濕鹽狀，取下冷卻，加10mL鹽酸及少量水沖洗杯壁，于加熱，冷卻90℃，1～2min后，移入100mL容量瓶中，定容至刻度，混勻，待測(cè)。
1.4標(biāo)準(zhǔn)溶液系列配制
準(zhǔn)確分取一定體積的鉻標(biāo)準(zhǔn)溶液，其濃度為：
100μｇ/mL。放入100mL容量瓶中，用10％鹽酸稀釋至刻度，此標(biāo)準(zhǔn)溶液系列中鉻的質(zhì)量濃度見(jiàn)表2。
二、結(jié)果與討論
2.1溶樣方法
對(duì)含鉻的礦石的分解，一般采用堿熔融和酸溶解兩種方法。堿熔樣品會(huì)給ICP-AES測(cè)定時(shí)，引入大量的鹽類，故一般采用稀釋的方法降低溶液鹽類，污泥中鉻含量極低，而稀釋會(huì)增加測(cè)量誤差，不利于污泥廢料中鉻的測(cè)定。酸溶污泥廢料時(shí)引入的鹽類較少，故本實(shí)驗(yàn)采用酸溶分解試樣。試驗(yàn)考察了4種溶樣方式分別溶解同一個(gè)污泥廢料樣品，結(jié)果見(jiàn)表3
由表3可以看出：方法1溶解樣品后，有大量固體不溶物，因?yàn)闆](méi)加氫氟酸，污泥廢料中的硅未被溶解；方法2溶解樣品后有少量固體不溶物，而且燒杯腐蝕嚴(yán)重；方法3，樣品溶解完全，但鉻元素測(cè)定結(jié)果偏低；方法4樣品溶解完全，鉻測(cè)定結(jié)果與分光光度法測(cè)定結(jié)果一致。所以選擇方法4作為溶解污泥廢料的方式。
2.2溶劑用量
含鉻污泥廢料中主要含有二氧化硅、碳和鐵等雜質(zhì)，氫氟酸溶解二氧化硅效果最佳，形成四氟化硅形式揮發(fā)除去。所以在溶解樣品時(shí)，必須加氫氟酸，加入量為5mL，就能滿足溶樣需求。
該污泥廢料中含有大量的碳，根據(jù)文獻(xiàn)，采用高溫灼燒除碳，該方法費(fèi)時(shí)費(fèi)力。高氯酸是分解含鉻礦物的有效溶劑，選擇高氯酸在溶解樣品時(shí)，冒高氯酸白煙狀態(tài)下，污泥中的碳充分溶解。熱的高氯酸有很強(qiáng)的氧化性，在分解試樣的同時(shí)，將鉻氧化為高價(jià)，這時(shí)如果試樣溶液中存在鹽酸，使鉻以氯化鉻酰（CrO2Cl2）形式揮發(fā)，造成鉻的損失，這就是上述溶樣方法3測(cè)定鉻結(jié)果偏低的原因，所以在溶樣過(guò)程中不選擇加鹽酸。在溶樣的實(shí)際操作中，先加硝酸溶解大部分鐵等雜質(zhì)，加入硝酸量選擇10mL就能滿足需求。
在加入10mL硝酸和5mL氫氟酸后，在150℃左右加熱約10min，再加入高氯酸，高氯酸的加入量選擇5mL，即可溶解污泥廢料中的碳，又可驅(qū)趕試液中氟，以免對(duì)儀器進(jìn)樣系統(tǒng)造成損傷。最后將試液蒸至濕鹽狀，加10mL鹽酸，溶解之前未溶解的殘余物，又可保證試液在10％的鹽酸介質(zhì)中用ICP-AES測(cè)定鉻。
2.3分析譜線
根據(jù)待測(cè)譜線應(yīng)避免受光譜干擾，足夠的線性范圍和靈敏度的譜線選擇原則，利用儀器譜線庫(kù)提供的推薦波長(zhǎng)初選分析線，對(duì)鉻元素的分析線進(jìn)行考察。根據(jù)文獻(xiàn)選擇鉻的3條分析譜線，按照表2配制鉻的標(biāo)準(zhǔn)溶液系列繪制校準(zhǔn)曲線，選擇污泥樣品溶液和空白溶液，在ICP-AES處于最佳工作狀態(tài)下測(cè)定，觀察不同譜線的峰形圖，結(jié)果見(jiàn)表4。
結(jié)果表明，按照“峰形好、干擾小、背景簡(jiǎn)單、信噪比高”為選擇原則，本文最終確定鉻的分析譜線為267.716nm。
2.4共存元素的干擾
污泥廢料中其他元素為二氧化硅、碳和鐵。二氧化硅在溶解試樣時(shí)，于聚四氟乙烯燒杯中加入了氫氟酸，形成四氟化硅揮發(fā)出去大部分的硅。在用ICP-AES進(jìn)行測(cè)量時(shí)，Si206.552nm對(duì)Cr283.563nm產(chǎn)生光譜重疊干擾。放棄了206.542nm分析譜線的測(cè)量值，從而消除硅對(duì)鉻的測(cè)定干擾。
碳在分解試樣時(shí)，選擇加入高氯酸，使碳變成揮發(fā)物除掉了，高氯酸使鉻氧化為高價(jià)，增加測(cè)定結(jié)果的穩(wěn)定性。
污泥廢料中含有大量的鐵，根據(jù)文獻(xiàn)，Fe對(duì)Cr283.563nm是主要干擾譜線，本方法不選擇Cr作為分析譜線。污泥中鐵的含量大約10%~20%，為了考察溶液中鐵對(duì)鉻元素的測(cè)定影響，配置了一套加鐵溶液的標(biāo)準(zhǔn)系列，在表2的標(biāo)準(zhǔn)溶液系列中，加入濃度為2.00g/LFe標(biāo)準(zhǔn)溶液10mL。用加鐵的標(biāo)準(zhǔn)溶液系列和不加鐵的標(biāo)準(zhǔn)溶液系列分別測(cè)定污泥廢料中的鉻，結(jié)果見(jiàn)表5。
從表5結(jié)果可以看出：試液中含有的鐵量對(duì)鉻元素測(cè)量影響不大，直接用不加鐵的鉻標(biāo)準(zhǔn)溶液系列測(cè)定即可。鐵對(duì)鉻的測(cè)定無(wú)影響。
2.5校準(zhǔn)曲線和檢出限
在儀器最佳工作條件下對(duì)標(biāo)準(zhǔn)溶液系列進(jìn)行測(cè)定，以鉻元素質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo)，發(fā)射強(qiáng)度為縱坐標(biāo)，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。在同樣條件下對(duì)空白溶液連續(xù)測(cè)定11次，計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)偏差，以3倍的標(biāo)準(zhǔn)偏差計(jì)算方法的檢出限，結(jié)果見(jiàn)表6。
2.6精密度試驗(yàn)
按照實(shí)驗(yàn)方法測(cè)定三個(gè)污泥廢料中的鉻，并進(jìn)行精密度試驗(yàn)，測(cè)定結(jié)果的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD，n=6）在4.90％～8.20％之間，結(jié)果見(jiàn)表7。
三、樣品分析
取三個(gè)樣品，按照實(shí)驗(yàn)方法測(cè)定污泥廢料中的鉻，又將這三個(gè)樣品用二苯基碳酰二肼光度法測(cè)定，將兩種方法測(cè)得的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果見(jiàn)表8。
由表8可知，兩種方法測(cè)定結(jié)果基本一致。
四、結(jié)語(yǔ)
電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法測(cè)定污泥廢料中的鉻，采用硝酸、氫氟酸和高氯酸溶解樣品，選擇Cr267.716nm波長(zhǎng)的光譜線為分析線，10％的HCl介質(zhì)進(jìn)行測(cè)定，在選擇的實(shí)驗(yàn)條件下，硅、碳、鐵等雜質(zhì)對(duì)測(cè)定無(wú)干擾，實(shí)驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確可靠。
