濕法消解結(jié)合ICP—OES測定生活垃圾中的重金屬

范成英 徐晨杰

摘要：將當(dāng)前常用的幾種生活垃圾全量重金屬消解方法進(jìn)行比對，然后著重研究快速消解的前處理過程，從酸體系、加熱時間、加熱溫度過程等因素探索不同條件下對生活垃圾消解過程的影響，并確定快速消解生活垃圾中重金屬總量的合適條件，從分析結(jié)果精密度和準(zhǔn)確度進(jìn)行對比分析，并綜合考慮時間、安全、經(jīng)濟成本比較，得出最佳消解條件。

關(guān)鍵詞：快速消解；消解條件；重金屬

1、儀器和設(shè)備

36位石墨消解儀（美國EE，SC 191）

ICP-OES（美國瓦里安720-ES）

分析天平（瑞士梅特勒公司），精度0.1mg

微波消解爐（美國CEM公司，MARSS）

電熱板（天津泰斯特有限公司）

聚四氟乙烯杯

2、試劑

硝酸，優(yōu)級純

高氯酸，優(yōu)級純

氫氟酸，優(yōu)級純

雙氧水，優(yōu)級純

高純氬氣

100mg/L Pb、cd、cr、AS單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液

3、工作溶液的配制

分別移取0.2mL Pb、cd、cr、As單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液于100mL容量瓶中，然后用體積分?jǐn)?shù)5%的硝酸溶液定容至標(biāo)線后搖勻待測。

4、二種消解方法比較

4.1電熱板加熱法。

鉛、鎘、鉻：準(zhǔn)確稱取0.3000g（精確至0.0001g）標(biāo)準(zhǔn)樣品于50mL的聚四氟乙烯杯中，用水潤濕后加入10mL（1+1）硝酸，蓋上表面皿于電熱板上加熱10min，冷卻后再加入5mL濃硝酸，蓋上表面皿加熱30min。此時的棕色煙霧為硝酸氧化試樣所產(chǎn)生，重復(fù)此步聚，每次加硝酸5mL，直至無棕黃色煙霧產(chǎn)生，表示消解反應(yīng)完成，冷卻后加入少量去離子水及過氧化氫，加10mL，繼續(xù)加熱至溶液大約5mL，加入10mL濃鹽酸，蓋上表面皿加熱15min，冷卻，過濾定容至50mL容量瓶中，用蒸餾水洗滌數(shù)次，并將洗滌液移入容量瓶，定容，搖勻，待測。砷：稱取約0.3g的試樣（精確0.0001g）于100mL錐形瓶中，加入2mL高氯酸，5mL濃硝酸搖勻，蓋上表面皿，移至電熱板上加熱分解，待高氯酸白煙冒盡后，取下錐形瓶稍冷，加入5mL（20%）鹽酸溶液繼續(xù)加熱至棕褐色煙霧冒盡，取下，冷卻到室溫，過濾與定容至50mL容量瓶中，用蒸餾水洗滌數(shù)次，并將洗滌液移入容量瓶，定容，搖勻，待測。

4.2快速消解法。

鉛、鎘、鉻、砷：準(zhǔn)確稱取約0.3g的試樣（精確0.0001g）樣品于50mL帶蓋和刻度的塑料離心管中，記錄稱樣量，用適量水水潤濕樣品，加入1.0mL鹽酸+1.0mL硝酸+2.0mL氫氟酸，搖勻，放入125度恒溫石墨消解爐上，回流加熱約1小時，取下稍冷，用去離子水定容至50mL，搖勻，靜置約一小時后（離心或過濾均可），取上清液檢測。

通過上表可以看出，濕法快速消解所需前處理鉛、鎘、鉻、砷可以一起消解，試劑消耗量相對也較少，所需器皿最少，整個過程不需要轉(zhuǎn)移，操作簡單，最關(guān)鍵的是引入的本底最小，可能造成的損失和污染也最小同時精密度在3.2%～6.8%范圍內(nèi)，準(zhǔn)確度在94.0%～105.4%范圍內(nèi)，可見準(zhǔn)確性高，重復(fù)性好。

5、濕法快速消解最優(yōu)消解條件的研究

準(zhǔn)確稱取約0.3g的試樣（精確0.0001g）樣品于50mL帶蓋和刻度的塑料離心管中，通過調(diào)節(jié)加入酸的體系、消解時間、消解溫度，對生活垃圾樣品進(jìn)行消解，反應(yīng)結(jié)束后，定容靜置，取上清液檢測。同時做空白。使用ICP-OES在各金屬的特征譜線下，測定發(fā)射強度，用標(biāo)準(zhǔn)曲線法分別計算出生活垃圾中五種重金屬的含量。準(zhǔn)確性測定方法：加標(biāo)回收率是化學(xué)分析中常用的判斷分析結(jié)果準(zhǔn)確度的量化指標(biāo)。用的方法對制好的生活垃圾樣品進(jìn)行加標(biāo)回收率實驗。消解時，稱取兩份相同量的樣品加入消解管中，并往其中一份加入濃度為2mg/L的4種重金屬混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，放入消極器中消解，待反應(yīng)結(jié)束取出冷卻，定容，使用ICP-OES測定生活垃圾中4種重金屬的加標(biāo)回收率。

5.1消解酸體系對結(jié)果的影響。

主要采用HNO3-HF體系，并研究體系中加入H202與HC1對準(zhǔn)確度的影響。

酸體系1：1.0mL硝酸+2.0mL氫氟酸-1.0c1：酸體系2：1.0mL硝酸+3.0mL氫氟酸；酸體系3：1.0mL硝酸+1.0mL氫氟酸-1.0H202。

由表3可見，使用酸體系1、2時，準(zhǔn)確性都達(dá)到94.5%以上，足夠的硝酸有充分的H+釋放生活垃圾中各個存在形態(tài)的重金屬，適量的氫氟酸可以充分釋放生活垃圾難容晶格中的金屬離子，雙氧水的氧化性還不能足夠促進(jìn)消解過程生活垃圾中有機質(zhì)完全反應(yīng)。酸體系相對于酸體系2可以減少HF酸的用量，避免了趕酸效果不佳導(dǎo)致ICP-OES矩管被腐蝕的可能。雖然因為HF酸的量的原因，酸體系2的準(zhǔn)確性略高于酸體系1但是酸體系1消解樣品時的安全性要高于酸體系2，且對ICP-OES的損害較小，所以本實驗室中，酸體系1是最佳選擇。

5.2消解溫度的影響。

消解溫度是影響消解效果的重要因素。本實驗主要考察采用酸體系1，分別在110、120、130、140℃各個溫度下準(zhǔn)確性的變化趨勢。

消解溫度直接影響消解液的消解活性，溫度的高低直接決定酸與生活垃圾中物質(zhì)的反應(yīng)程度。由此可見，消解溫度在130-140時，生活垃圾中的重金屬加標(biāo)回收率均達(dá)到95%以上。從節(jié)能經(jīng)濟的角度考慮，130為最佳消解溫度。

5.3消解時間的影響。

消解時間是影響消解效果的重要因素。本實驗主要考察采用酸體系1、消解溫度為125，分別消解30min、45min、60min、75min，觀察不同消解時間下準(zhǔn)確度的變化趨勢。

消解的時間直接決定了消解液與樣品接觸時間，合適的時間長度能夠保證樣品與混合酸的反應(yīng)程度，更有效的釋放生活垃圾中各種形態(tài)的重金屬。由數(shù)據(jù)可知當(dāng)升溫到130度時，保持60min，樣品消解的準(zhǔn)確性達(dá)到了95%以上，效果良好。保持7 5min時，準(zhǔn)確度與保持60min時差別不大，故保持60min為最佳的保持時間。快速消解法在測定生活垃圾中重金屬全量的最佳工作條件為：酸體系：1.0mL硝酸+2.0mL氫氟酸-1.0HC1，消解溫度：130℃，消解保持時間60mim。該方法操作簡單，強酸用量少，安全性高，重現(xiàn)性好，消解液一般情況下較清澈，不需要過濾。方法的測定結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行比較，精密度、準(zhǔn)確度都達(dá)到了要求，相對于標(biāo)準(zhǔn)方法的繁瑣與污染，本方法有很大的優(yōu)勢。