微波消解電感耦合等離子體發(fā)射光譜法測(cè)定空氣和廢氣顆粒物中的鉻、銅、鎳

顧曉明 秦宏兵 朱君

摘 要：用微波消解法對(duì)空氣濾膜和廢氣濾筒進(jìn)行前處理，通過(guò)電感耦合等離子體發(fā)射光譜法測(cè)定了鉻、銅、鎳的濃度，并對(duì)測(cè)定結(jié)果進(jìn)行了分析。結(jié)果表明，對(duì)空氣樣品中鉻、銅、鎳分析時(shí)微波消解法的檢出限分別為0.006μg/m3、0.003μg/m3、0.04μg/m3，精密度分別為1.5%、3.2%、3.5%，加標(biāo)回收率分別為104%、105%、103%。對(duì)廢氣樣品中鉻、銅、鎳分析時(shí)，微波消解法的檢出限分別為2.0μg/m3、0.8μg/m3、1.0μg/m3，精密度分別為3.5%、4.4%、4.3%，加標(biāo)回收率分別為104%、107%、106%。同時(shí)對(duì)有證濾膜進(jìn)行了測(cè)定，結(jié)果均合格。微波消解法測(cè)定的鉻、銅、鎳含量有較好的檢出限、精密度和準(zhǔn)確度，與電熱板消解法不存在顯著性差異，均適用于空氣和廢氣顆粒物中的鉻、銅、鎳的測(cè)定。

關(guān)鍵詞：微波消解；電感耦合等離子體發(fā)射光譜法；顆粒物；濾膜；濾筒；重金屬

中圖分類(lèi)號(hào) O657.31 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-7731（2018）13-0091-03

Abstract：The air filter membrane and exhaust gas filter cartridge were pretreated by microwave digestion，and the concentration of chromium，copper and nickel was determined by inductively coupled plasma atomic emission spectrometry，and the results are analyzed.The detection limits of microwave digestion in the analysis of chromium，copper and nickel in the air samples were 0.006，0.003，and 0.04g/m3 respectively，and the precision was 1.5%，3.2% and 3.5%，respectively，and the recovery rates were 104%，105% and 103%，respectively.The detection limits of the microwave digestion method for the analysis of chromium，copper and nickel in the waste gas samples were 2，0.8，and 1 g/m3 respectively，and the precision was 3.5%，4.4% and 4.3% respectively，and the recovery rates were 104%，107% and 106%，respectively.Meanwhile，the measured results of certified filter membrane were all qualified.It is found that the content of chromium，copper and nickel determined by microwave digestion method has good detection limit，precision and accuracy，and there is no significant difference from the electrothermal plate digestion method.It is suitable for the determination of chromium，copper and nickel in air and waste gas particles.

Key words：Microwave digestion；ICP-AES；Particulate matter；Membrane；Filter cartridge；Heavy metal

環(huán)境空氣和廢氣中的重金屬元素主要來(lái)源于土壤、機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣、居民取暖及工業(yè)廢氣的排放[1]，經(jīng)過(guò)氣流傳輸、沉降及呼吸深入到人體肺部的氣體交換器官，對(duì)人體造成潛在的危害。目前，測(cè)定環(huán)境空氣中重金屬含量的主要方法有原子吸收光譜法、原子熒光光譜法、電感耦合等離子體發(fā)射光譜法、電感耦合等離子體質(zhì)譜法[2～7]等。

空氣和廢氣顆粒物中的鉻、銅、鎳濾膜及濾筒的消解方法主要采用電熱板消解法，該方法對(duì)溫度控制的要求較高，需將加熱的溫度控制在（100±5）℃，且要加蓋回流防止金屬組分揮發(fā)。而微波消解具有用酸量小，消解速度快，消解比較完全，易揮發(fā)元素不易損失等優(yōu)點(diǎn)。筆者使用微波消解法對(duì)空氣濾膜和廢氣濾筒進(jìn)行預(yù)處理后上機(jī)分析，方法的精密度和準(zhǔn)確度滿足測(cè)定要求[8～13]。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要儀器與試劑 電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀（美國(guó)安捷倫公司，Agilen725t-OES）；微波消解儀（意大利Milestone，ETHOSD）；電熱板（德國(guó)Labtech，EG37R可控溫電熱板）；硝酸、鹽酸、過(guò)氧化氫、氫氟酸、高氯酸（蘇州晶銳，優(yōu)級(jí)純）；多元素標(biāo)準(zhǔn)貯備溶液（質(zhì)量濃度為100mg/L）。濾膜質(zhì)量控制樣品（中國(guó)安全生產(chǎn)科學(xué)研究院，批號(hào)20170701）；實(shí)驗(yàn)用水為：密理博MILLI-Q純水儀所制超純水。

1.2 方法原理 將采集到合適濾材上的空氣和廢氣顆粒物樣品經(jīng)微波消解后，用電感耦合等離子體發(fā)射光譜法（ICP-OES）測(cè)定各金屬元素的含量。消解后的試樣進(jìn)入等離子體發(fā)射光譜儀的霧化器中被霧化，由氬載氣帶入等離子體火炬中，目標(biāo)元素在等離子體火炬中被氣化、電離、激發(fā)并輻射出特征譜線。在一定濃度范圍內(nèi)，其特征譜線強(qiáng)度與元素濃度成正比。

1.3 試樣制備 取適量濾膜或?yàn)V筒樣品（例如：大流量采樣器矩形濾膜可取1/4，或截取直徑為47mm的圓片；小流量采樣器圓濾膜取整張，濾筒取整個(gè)），用陶瓷剪刀剪成小塊置于微波消解容器中，加入20.0mL硝酸-鹽酸混合消解液，使濾膜（濾筒）碎片浸沒(méi)其中，加蓋，置于消解罐組件中并旋緊，放到微波轉(zhuǎn)盤(pán)架上。設(shè)定消解溫度為200℃，消解持續(xù)時(shí)間為15min。消解結(jié)束后，取出消解罐組件，冷卻，以水淋洗微波消解容器內(nèi)壁，加入約10mL水，靜置0.5h進(jìn)行浸提。將浸提液過(guò)濾到100mL容量瓶中，用水定容至100mL刻度，待測(cè)。當(dāng)有機(jī)物含量過(guò)高時(shí)，可在消解時(shí)加入適量的過(guò)氧化氫以分解有機(jī)物。

2 結(jié)果與分析

2.1 儀器工作參數(shù)優(yōu)化 實(shí)驗(yàn)通過(guò)優(yōu)化射頻功率，冷卻氣、霧化氣和輔助氣流量，泵流速等參數(shù)，以期獲得對(duì)大多數(shù)元素都理想的條件。對(duì)于多元素同時(shí)檢測(cè)，降低各元素間的相互干擾是方法的關(guān)鍵。試驗(yàn)在參考有關(guān)研究的基礎(chǔ)上[9-13]，每個(gè)元素選取2～3條分析譜線進(jìn)行測(cè)試，通過(guò)比較空白溶液和低濃度樣品中各譜線的背景強(qiáng)度、靈敏度和相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD），同時(shí)避免各元素間譜線的相互重疊，優(yōu)化出最優(yōu)分析波長(zhǎng)。綜合考慮穩(wěn)定性和靈敏度等因素，試驗(yàn)最終選取表1所列ICP—OES參數(shù)。

2.2 標(biāo)準(zhǔn)工作曲線 分別吸取多元素混合標(biāo)準(zhǔn)溶液配制0.0，0.2，0.4，0.6，0.8，1.0mg/L的標(biāo)準(zhǔn)曲線。校準(zhǔn)曲線結(jié)果見(jiàn)表2。

2.3 方法檢出 限連續(xù)分析7個(gè)實(shí)驗(yàn)室空白，按以下公式計(jì)算方法檢出限。

當(dāng)空氣采樣量為150m3（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)），污染源廢氣采樣量為0.600m3（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)干煙氣），樣品預(yù)處理定容體積為50mL時(shí)，本方法測(cè)定各金屬元素的檢出限和測(cè)定下限見(jiàn)表3。由表3可知，2種方法所得檢出限均低于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的值L，表明該方法有較高的靈敏度。

2.4 精密度 分別對(duì)石英濾膜采集的大氣樣品和石英濾筒采集的污染源廢氣樣品進(jìn)行精密度實(shí)驗(yàn)，經(jīng)過(guò)微波消解前處理后，上儀器分析后鉻、銅、鎳的含量，并計(jì)算試結(jié)果的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差，測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表4。由表4可知，測(cè)定結(jié)果的相對(duì)偏差為1.5%、3.2%、3.5%和3.5%、4.4%、4.3%，表明本方法對(duì)大氣樣品測(cè)定結(jié)果的重復(fù)性好，本法對(duì)大氣和污染源廢氣中3種金屬的測(cè)量有較高的精密度。

2.5 準(zhǔn)確度 以中國(guó)安全生產(chǎn)科學(xué)研究院的濾膜質(zhì)量控制樣品經(jīng)過(guò)微波消解前處理后，上儀器分析并與標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行對(duì)比測(cè)定儀器準(zhǔn)確度，測(cè)定值和對(duì)比結(jié)果見(jiàn)表5。由表5可知，測(cè)定結(jié)果均在標(biāo)準(zhǔn)不確定度范圍內(nèi)，說(shuō)明本方法準(zhǔn)確可靠。

2.6 對(duì)比試驗(yàn) 分別對(duì)2組大氣樣品和廢氣樣品經(jīng)過(guò)電熱板消解和微波消解前處理后，上儀器分析并對(duì)結(jié)果進(jìn)行比較，結(jié)果見(jiàn)表6。

由表6可知，2種消解方法的測(cè)定結(jié)果基本吻合。該方法適用于大氣和廢氣中鉻、銅、鎳的測(cè)定。

2.7 加標(biāo)回收試驗(yàn) 分別對(duì)石英濾膜采集的大氣樣品和石英濾筒采集的污染源廢氣樣品進(jìn)行加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)，經(jīng)過(guò)微波消解前處理后，上儀器分析后加標(biāo)回收率實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表7。由表7可知，經(jīng)微波消解方法前處理后鉻、銅、鎳的回收率分別為104%、105%、103%和104%、107%、106%，均在允許范圍內(nèi)。表明本方法測(cè)量準(zhǔn)確度較高，滿足技術(shù)要求。

3 結(jié)語(yǔ)

（1）用電感耦合等離子體發(fā)射光譜法測(cè)定空氣顆粒物中的鉻、銅、鎳，具有靈敏度高、檢測(cè)限低、精密度好、線性范圍寬、基體效應(yīng)小、可同時(shí)或順序測(cè)定多種元素的優(yōu)點(diǎn)。

（2）采用微波消解2種消解方法前處理用電感耦合等離子體發(fā)射光譜法測(cè)定空氣顆粒物中的鉻、銅、鎳，2種方法的靈敏度、線性范圍、精密度以及準(zhǔn)確度等指標(biāo)均滿足要求。

（3）與電熱板消解相比，微波消解操作簡(jiǎn)便、自動(dòng)化和消解效率較高。

（4）與電熱板從外至內(nèi)間接加熱分解樣品的傳導(dǎo)加熱方式相比，微波消解法是將試樣直接進(jìn)行由微波到熱能的轉(zhuǎn)換加熱，其具有加熱快、消解能力強(qiáng)、消耗溶劑少、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，避免了常壓敞開(kāi)消解造成的揮發(fā)損失和樣品玷污，提高了分析的準(zhǔn)確度和精密度。

參考文獻(xiàn)

[1]王小剛，李海濱，向銀花，等.廢棄物燃燒產(chǎn)生的可吸人顆粒物中金屬元素的排放特性研究[J].燃料化學(xué)學(xué)報(bào)，2006，34（1）：81-84.

[2]曹立剛，洪娉華.原子吸收分光光度法測(cè)定空氣和廢氣中的重金屬[J].輕工科技，2013，29 （1）： 95-97.

[3]吳晉霞，李玲，周益民，等.氫化物發(fā)生-原子熒光光譜法測(cè)定環(huán)境空氣中砷和銻的結(jié)果不確定度評(píng)定J].新疆大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2011，39（1）：83-87.

[4]張六一，付川，楊復(fù)沫，等.微波消解ICP-OES法測(cè)定PM2.5中金屬元素[J].光譜學(xué)與光譜分析，2014，34（11）：3109-3112.

[5]陳純，彭國(guó)偉，路新燕，等.北方某市環(huán)境空氣顆粒物中重金屬污染狀況研究[J].中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)，2013，29（4）：38-42.

[6]王春迎，馬越超，崔延青，等.大氣重金屬污染監(jiān)測(cè)技術(shù)現(xiàn)狀及展望[J].中國(guó)環(huán)保產(chǎn)業(yè)，2012（5）：49-51.

[7]孫晨秋，張艷飛，趙智慧，等.石墨消解-ICP-oaTOF-MS法測(cè)定環(huán)境空氣中的六種金屬元素[J].中國(guó)環(huán)境管理干部學(xué)院學(xué)報(bào)，2017（27）：76-79.

[8]中華人民共和國(guó)環(huán)境保護(hù)部.HJ777—2015空氣和廢氣顆粒物中金屬元素的測(cè)定 電感耦合等離子體發(fā)射光譜法[S].北京：中華人民共和國(guó)環(huán)境保護(hù)部，2015.

[9]羅伶燕 ，舒天閣，沈益斌.電熱板消解—lCP—OES法測(cè)定PM2.5中重金屬元素的不確定度評(píng)定[J].福建分析測(cè)試.2014，26（6）：26-30.

[10]王翔，仇建國(guó)，趙忠林，等.工作場(chǎng)所空氣中24種金屬及其化合物測(cè)定的ICP—AES法[J].中華勞動(dòng)衛(wèi)生職業(yè)病雜志.2014，32（6）：456-458.

[11]張霖琳，刀謂，王超，等.微波消解ICP—MS法測(cè)定空氣顆粒物中54中元素[J].環(huán)境化學(xué)，2014，33（3）：154-156.

[12]朱奕，葛飛，許雄飛.微波消解ICP—OES法同時(shí)測(cè)定總懸浮顆粒物中多種重金屬[J].環(huán)境科學(xué)導(dǎo)刊，2013，32（2）：112-115.

[13]趙玉慧，秦杰.電熱板消解法與微波消解法測(cè)定大氣顆粒物Cu、Pb元素的對(duì)比[J].光譜實(shí)驗(yàn)室，2009，26（3）：602-604.

（責(zé)編：張宏民）