弱堿性鉛加標(biāo)液的配制方法研究

◎ 葛冰洋，朱 南，王 丹，莊 棪，馬建國，王 川，張駿馳

（1.南京市產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗院，江蘇 南京 210019；2.艾歐史密斯（中國）環(huán)境電器有限公司，江蘇 南京 211200）

目前我國居民飲用水水源存在較大程度的污染，其中，重金屬污染是水污染的主要形式之一[1]。自來水廠中的常規(guī)凈化方法并不能夠完全去除原水中含有的重金屬元素，研究表明人體長期飲用含有重金屬的水，會對人體健康產(chǎn)生極大的影響[2]。鉛是一種有毒重金屬元素，可以對人的行為能力和認(rèn)知造成極大的危害[3]，若攝入量過高則會引起鉛中毒，嚴(yán)重者造成腦組織損傷，可能導(dǎo)致終身殘廢[4]。

隨著社會的發(fā)展，凈水器越來越被大眾所接受，關(guān)于凈水器的測試標(biāo)準(zhǔn)也被關(guān)注，目前我國的凈水器測試標(biāo)準(zhǔn)僅評估在酸性條件下的鉛加標(biāo)去除率[5]，對弱堿性條件下的鉛加標(biāo)方法尚未制定，沒有相應(yīng)的評估方法去檢測凈水器性能[6]，這對我國人民的生命健康存在較大的安全隱患。由美國國家衛(wèi)生基金會（NSF）制定的家用凈水器標(biāo)準(zhǔn)《Drinking Water Treatment Units-HealthE☆ects》（NSF/ANSI53）中規(guī)定了弱堿性條件下鉛加標(biāo)液的各項參數(shù)要求，但沒有具體描述如何配制合格的鉛加標(biāo)液。

鉛在弱堿性條件下會產(chǎn)生沉淀，導(dǎo)致鉛在水中無法準(zhǔn)確配制出符合標(biāo)準(zhǔn)要求的加標(biāo)液，本文通過對試驗設(shè)備的前處理、pH、攪拌轉(zhuǎn)速等試驗參數(shù)的研究，開發(fā)了符合NSF要求的弱堿性鉛加標(biāo)液配置方法，解決了鉛加標(biāo)液在弱堿性條件下無法準(zhǔn)確配制的難題，填補國內(nèi)弱堿性條件下鉛加標(biāo)測試方法的 空白。

1 材料與方法

1.1 儀器與試劑

PinAAcle 900Z石墨爐原子吸收光譜儀（美國Agilent公司）；DR5000紫外分光光度計（美國Agilent公司）； FE20 pH計（瑞士METTLER TOLEDO公司）；MS204TS 精密分析天平（瑞士METTLER TOLEDO公司）；多參數(shù)水質(zhì)測試儀（瑞士METTLER TOLEDO公司）；RO/DI 水（電導(dǎo)率＜2us/cm，TOC＜0.5 mg·L-1）；RO水（電導(dǎo)率＜5 us·cm-1，TOC＜1 mg·L-1）。

MgSO4·7H2O、CaCl2·2H2O、NaHCO3、Pb(NO3)2、 NaClO、NaOH和36%HCl，試劑均為AR級，且均購于國藥集團化學(xué)試劑有限公司。

1.2 方法

1.2.1 弱堿性基礎(chǔ)水的配制

控溫（20±2.5）℃，向桶里加入MgSO4、CaCl2、NaHCO3、NaClO溶液，攪拌5 min，用NaOH溶液或HNO3適當(dāng)調(diào)節(jié)pH，各項參數(shù)滿足表1要求即可。

表1 弱堿性基礎(chǔ)水要求表

1.2.2 弱堿性條件下500 L鉛加標(biāo)液的配制

（1）加標(biāo)設(shè)備預(yù)處理：取500 L純水，向其中加入100 mL 0.005 mol·L-1Pb(NO3)2溶液，循環(huán)流過加標(biāo)設(shè)備所有管路后靜置16 h，后打開排水閥將調(diào)整液排空。

（2）取1 L弱堿性基礎(chǔ)水，加入20 mL 0.0002 mol·L-1Pb(NO3)2，控速攪拌5 min。

（3）取500 L弱堿性基礎(chǔ)水，加入20 mL 0.005 mol·L-1Pb(NO3)2溶液，控速攪拌5 min，將步驟（2）中溶液加入其中，攪拌得弱堿性鉛加標(biāo)液。該加標(biāo)液參數(shù)要求見表2。

表2 鉛含量分布要求表

1.2.3 總鉛含量、總鉛粒、微粒鉛的計算方法

總鉛含量T、總鉛粒Pbtp、微粒鉛Pbf計算方法參照NSF53。

取已準(zhǔn)備好的3個50mL PE取樣瓶（瓶中提前加入0.5 mL的（1+1）HNO3），分別標(biāo)注為“T”、“1.2”和“0.1”。取水樣于標(biāo)注為“T”的取樣瓶中；取水樣過1.2 μm濾膜于標(biāo)注為“1.2”的取樣瓶中；取水樣過1.2 μm濾膜于標(biāo)注為“0.1”的取樣瓶中。將標(biāo)有為“T”、“1.2”、“0.1”水樣用石墨爐原子吸收儀檢測鉛含量，計算過程如下：

式中：Pbtp-總鉛粒，%；Pbf-微粒鉛，%；T-總鉛含量，μg·L-1；P-0.1 μm 濾膜過濾后鉛含量，μg·L-1；W-1.2 μm 濾膜過濾后鉛含量，μg·L-1。

2 結(jié)果與分析

2.1 加標(biāo)設(shè)備預(yù)處理的影響

設(shè)計6組試驗如表3所示，從試驗數(shù)據(jù)可以看出，對加標(biāo)設(shè)備不加鉛調(diào)整溶液進行預(yù)處理，總鉛含量與總鉛粒均無法達(dá)到要求，因此使用鉛調(diào)整溶液對加標(biāo)設(shè)備進行預(yù)處理很有必要。

表3 鉛加標(biāo)液是否預(yù)處理配制結(jié)果表

2.2 基礎(chǔ)水pH的控制

本試驗配制的弱堿性基礎(chǔ)水用3 mol·L-1NaOH溶液與（1+1）硝酸進行pH的調(diào)節(jié)，根據(jù)NSF/ANSI53要求，弱堿性基礎(chǔ)水的pH在8.3～8.6。配制不同pH的基礎(chǔ)水進行試驗，根據(jù)試驗數(shù)據(jù)（表4），當(dāng)pH＜8.50時，總鉛粒的含量在允許范圍內(nèi)數(shù)值較高，但微粒鉛含量均低于20%，不符合加標(biāo)液中鉛含量要求，因此，基礎(chǔ)水pH應(yīng)控制在8.50以上。

表4 不同pH下鉛加標(biāo)液配制結(jié)果表

2.3 加標(biāo)桶攪拌轉(zhuǎn)速的控制

通過反復(fù)試驗發(fā)現(xiàn)，加標(biāo)桶攪拌的轉(zhuǎn)速同樣會導(dǎo)致鉛加標(biāo)液的參數(shù)發(fā)生變化，最終導(dǎo)致加標(biāo)液不達(dá)標(biāo)。根據(jù)表5不同轉(zhuǎn)速下鉛加標(biāo)液配制結(jié)果，可以看出當(dāng)攪拌轉(zhuǎn)速低于300 r·min-1時，總鉛含量低于標(biāo)準(zhǔn)值；當(dāng)攪拌轉(zhuǎn)速達(dá)超過500 r·min-1時，會影響總鉛粒的形 成，從而導(dǎo)致其含量低于標(biāo)準(zhǔn)要求。

表5 不同轉(zhuǎn)速下鉛加標(biāo)液配制結(jié)果表

試驗結(jié)果表明，加標(biāo)設(shè)備預(yù)處理、基礎(chǔ)水pH、加標(biāo)桶的攪拌轉(zhuǎn)速都會影響鉛加標(biāo)液中的鉛分布。①如果不進行設(shè)備鉛溶液調(diào)整步驟，則總鉛含量會偏低，總鉛粒含量也較低。②如果pH＜8.5，則微粒鉛的含量會偏低，而總鉛粒的占比則較高。③如果攪拌轉(zhuǎn)速＜300 r·min-1，會影響總鉛的形成，導(dǎo)致總鉛含量偏低；轉(zhuǎn)速＞500 r·min-1，會影響總鉛粒的形成，致使總鉛粒占比偏低。因此，配制合格的弱堿性鉛加標(biāo)液，需要通過加標(biāo)設(shè)備預(yù)處理，基礎(chǔ)水pH控制在8.50～8.60，轉(zhuǎn)速控制在300～500 r·min-1，則可保證鉛分布符合 要求。

3 結(jié)論

本文研究了在弱堿性條件下鉛加標(biāo)液的配制方法， 制備了弱堿性條件下總鉛濃度0.15 mg·L-1（±10%），總鉛粒含量百分比30%（±10%），鉛微粒（0.1～1.2 μm）含量百分比≥20%的鉛加標(biāo)液，符合NSF/ANSI53標(biāo)準(zhǔn)要求。試驗結(jié)果表明，通過加標(biāo)設(shè)備預(yù)處理，控制基礎(chǔ)水pH為8.50～8.60，轉(zhuǎn)速為300～500 r·min-1，可以保證鉛加標(biāo)液分布符合標(biāo)準(zhǔn)要求。該技術(shù)填補了國內(nèi)弱堿性條件下鉛加標(biāo)測試方法的空白，為更全面評估飲用水中鉛污染情況奠定了基礎(chǔ)。