酸化解聚—ICP—AES 法測定聚氯化鋁中的有害元素

石瑞瑞，胡 丹，葉 濤，鹿 燕，楊 銘，廖上富

（1.浙江省產(chǎn)品質(zhì)量安全檢測研究院，浙江杭州310018；2.浙江方圓檢測集團(tuán)股份有限公司，浙江杭州310018）

聚氯化鋁（PAC）是一種廣泛應(yīng)用在水處理中的無機(jī)高分子混凝劑。 對于生活飲用水處理使用的聚氯化鋁，其有害元素含量直接影響人身健康〔1〕。 目前各國對聚氯化鋁中的有害元素含量都有嚴(yán)格規(guī)定，但對于有害元素的種類、方法和限量存在差異。根據(jù)現(xiàn)有的國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)及文獻(xiàn)資料〔2-5〕，有害元素的種類除砷、鎘、鉻、汞、鉛外，還有銅、鐵、錳、鎳、銻、硒、鋅等，其檢測方法多為原子吸收光譜法、分光光度法和原子熒光光譜法等〔6-8〕。 這些方法操作復(fù)雜、耗時(shí)較長，靈敏度不高，且不能同時(shí)測定多種元素，檢出限也無法滿足更加嚴(yán)格的限量要求。

電感耦合等離子體發(fā)射光譜法（ICP-AES）的線性范圍寬、靈敏度高、檢測限低，能夠同時(shí)快速測定多種有害元素〔9〕。 本研究在前處理過程中使聚氯化鋁酸化解聚形成離子狀態(tài)，用ICP-AES 法同步測定聚氯化鋁中的砷、鎘、鉻、銅、鐵、汞、錳、鎳、鉛、銻、硒、鋅等多種元素，既提高了分析過程的效率，又保證了分析結(jié)果的準(zhǔn)確性。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要儀器與試劑

儀器：Varia725-ES 全譜直讀等離子體原子發(fā)射光譜儀，美國Aglient 公司。

標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)：100 mg/L Quality Control Standard 21（美國SPEX CertiPrep 公司），1 000 mg/L 汞單元素溶液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)（中國計(jì)量科學(xué)研究院）。

硝酸，優(yōu)級純；高純氬氣（＞99.99%）；實(shí)驗(yàn)用超純水（電阻率18.2 MΩ·cm）。

聚氯化鋁，Al2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)為12.6%，鹽基度68.3%，pH（10 g/L 水溶液）為4.0，浙江海翔凈水科技有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)步驟

1.2.1 繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線

用1%（體積比）的硝酸將標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)配成砷、鎘、鉻、銅、鐵、汞、錳、鎳、鉛、銻、硒、鋅元素質(zhì)量濃度分別為0、0.2、0.5、1.0、2.0、5.0 mg/L 的系列標(biāo)準(zhǔn)溶液， 測試得到各元素的標(biāo)準(zhǔn)曲線（見表1），相關(guān)系數(shù)均＞0.999。

表1 線性方程及相關(guān)系數(shù)

1.2.2 樣品預(yù)處理及測定

稱取1.0 g 聚氯化鋁樣品，精確到0.000 1 g，放入50 mL 燒杯中，加入5 mL 硝酸，蓋上表面皿，在120 ℃下加熱10 min 直至不再產(chǎn)生黃色的氮氧化物，打開表面皿，趕酸至剩余約1 mL，取下冷卻至室溫，用1%（體積比）的硝酸定容至100 mL 容量瓶中，在選定的儀器工作條件下進(jìn)行測試。

2 結(jié)果與討論

2.1 酸化解聚條件

聚氯化鋁由多個(gè)氯化鋁配位形成， 在硝酸的酸化氧化條件下，隨沉淀-膠溶反應(yīng)可以解聚形成離子態(tài)〔10〕。 樣品質(zhì)量與加入硝酸體積之比在1∶5 以上時(shí)，加入的硝酸可使聚氯化鋁解聚完全，呈澄清溶液。由于砷、汞、銻、硒具有低溫易揮發(fā)特性，酸化解聚溫度不宜太高，避免硝酸達(dá)到沸騰狀態(tài)，以略低于120 ℃（硝酸沸點(diǎn)）為加熱溫度。 同時(shí)為避免趕除過多酸消耗較長時(shí)間而造成低溫元素?fù)p失，及考慮成本因素，確定樣品質(zhì)量與硝酸體積之比為1∶5 最優(yōu)。

2.2 儀器工作條件

通過調(diào)節(jié)射頻發(fā)生器功率、輔助氣體流量、霧化氣流量和蠕動(dòng)泵泵速等參數(shù)，在滿足高靈敏度和穩(wěn)定性的條件下，同時(shí)綜合儀器的矩管壽命、氣體消耗量，確定儀器最佳分析條件〔10〕：射頻發(fā)生器功率1 200 W，等離子體氣流量15.00 L/min，輔助氣流量1.50 L/min，霧化氣流量0.75 L/min，觀察高度13 mm。

2.3 分析譜線的選擇

聚氯化鋁樣品含有高濃度的鋁，對砷、銅、錳、鉛、銻、硒等目標(biāo)元素會(huì)造成不同程度的光譜干擾。需綜合考慮波長、靈敏度、背景和峰形等多個(gè)因素〔11〕，選擇波長干擾小的譜線，特別是波長位于200 nm 以下紫外區(qū)的譜線；打開多色器高速吹掃，避免空氣的干擾；選擇靈敏度高的譜線，若待測樣品中元素含量較高則選擇次靈敏線；選擇背景小、峰形對稱的譜線。

根據(jù)以上譜線選擇要求， 各元素譜線選擇如表2 所示。

表2 元素分析譜線

根據(jù)國內(nèi)外聚氯化鋁標(biāo)準(zhǔn)中對有害元素含量的技術(shù)要求〔12〕，研究受干擾目標(biāo)元素在不同鋁質(zhì)量濃度下的干擾情況， 受干擾目標(biāo)元素質(zhì)量濃度為0.2 mg/L，鋁元素控制在1 000 mg/L 以內(nèi)，如圖1 所示。

圖1 不同鋁質(zhì)量濃度下各元素的干擾曲線

對受干擾目標(biāo)元素的波長進(jìn)行優(yōu)化選擇后，銅和錳元素能夠避免高濃度鋁的干擾，砷、銻、硒和鉛元素仍然存在正相關(guān)或負(fù)相關(guān)的干擾。 這是由特征波長位置的峰疊加造成的，即波長干擾。從圖1 可以看出，當(dāng)鋁元素質(zhì)量濃度在400 mg/L 以內(nèi)時(shí)，其干擾誤差＜10%，滿足檢測要求。 因此在聚氯化鋁樣品的前處理過程中，應(yīng)給予相應(yīng)的定容體積，以免高濃度鋁對目標(biāo)元素造成干擾。

2.4 方法檢出限

在標(biāo)準(zhǔn)曲線下用空白溶液連續(xù)測量11 次，計(jì)算測得值的標(biāo)準(zhǔn)偏差，根據(jù)公式MDL=k×SD（MDL 為方法檢出限；k 為置信因子， 取3；SD 為標(biāo)準(zhǔn)偏差），可計(jì)算得到本方法各元素的檢出限和檢出濃度，結(jié)果見表3。

表3 各元素的方法檢出限和檢出濃度

2.5 精密度

以各元素質(zhì)量濃度分別為0.2、1.0、5.0 mg/L 的樣品溶液上機(jī)測量6 次， 計(jì)算測得值的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差，得到各元素的精密度，結(jié)果如表4 所示。 各元素在不同質(zhì)量濃度水平上的精密度均在5%以內(nèi)，重復(fù)性良好。

表4 各元素在不同質(zhì)量濃度水平的精密度 %

2.6 加標(biāo)回收率

線性范圍內(nèi)分別對低、中、高濃度進(jìn)行加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)，向空白樣品中加標(biāo)后分別為0.2、1.0、5.0 mg/L的質(zhì)量濃度水平，得到各元素的加標(biāo)回收率，如表5所示。 各元素在不同質(zhì)量濃度水平上的加標(biāo)回收率均在83.8%~110%之間。

表5 各元素在不同質(zhì)量濃度水平的加標(biāo)回收率%

3 結(jié)論

應(yīng)用ICP-AES 法同步測定聚氯化鋁中的砷、鎘、鉻、銅、鐵、汞、錳、鎳、鉛、銻、硒、鋅，各元素的檢出限在0.040~2.06 μg/g， 精密度在0.146%~4.63%，回收率在83.8%~110%，精密度好，準(zhǔn)確度高，可滿足聚氯化鋁的分析要求。 該方法對完善鋁系水處理劑的元素檢測方法體系， 補(bǔ)充國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)中的元素技術(shù)要求有重要意義。