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实验室分析仪器--ICP应用-测定废水中重金属元素含量

2022.2.07

工业及水中常见的金属离子有Cd. Ni. Cu. Zn. Cr. Pb. As. Hg等。其中Cd、Ni. Cr. Pb. Hg是第一类水污染物. 如含量高对环境污染和对人体危害极大。因此必须対排放废水中这些金属元素的含量逬行有效监控。其含量采用火焰原子吸收分光光度法或化学法进行测定这种方法的缺点是-份试样溶液不能同时测定多种元素.操作烦琐费时而电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES法)可以做到在一份溶液实现多元素同时或顺序测定.具有灵敏度高、检出限低、稳定性好,分析速度快、结果准确可靠等特点。所以在国内外已迅速发展成为一种广泛而普遍采用的废水重金属含量分析方法
工业废水是一种特殊水样.不同行业.不同地区、不同单位的水样所含元素的种类及含量也不一样.样品的預处理也不尽相同。某些被测组分需要分离富集.某些被測组分还要稀释。本文根据国家对电镀污染物废水重金増排放限值要求。针对本公司实际情况.研究水与废水监测分析方法.得出符合本公司环保控制的分析检测方法.实现了工业废水中6种元素的同时测定。本方法具有分析速度快.基体干扰少、准确度高、操作作简便等优点。
1实验方法原理
电感耦合等离子体原子发射光谱法可同时测定样品中多元索的含量。当氩气通过等等离子体火炬时.经高频发生器所产生
的交变电磁场使其电离、加速并与他氩原子碰撞,这种连续反应使更多的氩原子电离.形成原子.离子,电子的粒子混合气体。即等离子体。等离子体火炬可达6OOO-8000k的高温,过滤或消解处理过的样品经逬样器中的雾化器被雾化并用载气氩气帯入等离子体火炬中.气化的样品分子在等离子体火炬的高温下被原子化.电离激发.不同元素的原子在激发或电离时发射出特征光谱.特征光谱的强弱与样品中或子浓度有关,与标准溶液进行比较.即可定量测定样品中各元素的含量：

2实验部分
2.1仪器设為和工作条件
光谱仪：单道扫描等离子发射光谱仪；光源:高频发生器;炬管：固定式石英炬管；雾化器:玻璃同心雾化器.压力28HPS;蠕动泵：速度为lOOr/min.反射功率为5 W,入射功率为1I50W；冷却气流量:14/min (Ar);载气減量：0.5 L/min (Ar);分析线的波长：Cd 为214.44tun. Ni 为 231.60nm. Cu 为 327J9nm, Zu 为 213.86 nm. Cr 为 267.72 nm. Ph 为 220.35 nm 2.2
试剂与标准溶液
优級純硝酸 (HNO3）：ρ=1.54g/mL硝酸溶液1+99：用优质純硝酸配制硝酸溶液1 + 1：用优质纯属硝酸配制。髙氯酸 HClO4： ρ=1.76g/mL氩气：钢瓶气纯度不低于99.9%

铅、镉、铬、镍、锌、钾、钠、铁标淮深液：I ml.含0.02 mg.钙标淮溶液：I ml.含0.02 mg钙。镁标准溶液：ImL 含0.05 mg Mg按国家对电镀污染物排放口废水排放的限值要求（见表I）,配制不同含量的多元索混合标准溶液标准液（见表2）
表1废水排放标准（单位：mg/L）

元素	Pb	Cd	Cr	Si	Cm	Zn
排放标准	0.2	0.05	1.0	0.5	0.5	1.5

表2多元素混合标准溶液（mg/L）

*Ktt*	质量浓度
Xi. Cu. Cx. n	序号
i	2	3	4	3
0	0.1	0.5	1.0	=0
Ci	0	0.025	0. 05	0.1	0.4

2.3分析步骤
2.3.1 样品预处理
（1） 测定溶解态元素：样品采样后立即通过滤膜过滤，弃去初始的50-100 ml,溶液，收集所需体枳的滤液并用（1+1）硝酸把溶液调节至pH <2
（2）测定元素总量：取水样50 ml.加5 mL （1+1）硝酸, 置于电热板上在近沸状态下将样品蒸发近干。冷放醋后再加入 （1+1）硝酸5mL.重复上述操作一次.必要时再加入（1+1） 硝酸或高氯酸.直到消解完全,等蒸至近干.加（1+99）硝酸溶解残渣.若有不溶沉淀应通过定量滤纸定量至50 ml.容量瓶中，加（1+99）硝酸至标线.摇匀。
（3）空白溶液：取与样品相同体积的水按相同的步骤制备试剤空白溶液。
2.3.2样品测定
将预处理好的样品及空白溶液.在仪器最佳工作参数条件下.按照设备操作说明进行测定，再根据标准工作曲线计算出废水中金属含量。
3结果与讨论
3.1标准工作曲线的绘制
按照表2配置含有Cd. Ni. Cl Zn. Cr. Pb不同含量的多元索混合标准溶液.按仪器工作条件测定溶液的吸光度.得出Pb的标准工作曲线同样得到Ni、Cu. Zn. Cr. Cd的标
准工作曲线数据见表3
«3 Cd、Ni、Cu. Zn、Cr、Pb标准工作曲銭

Cd	mg/L	0	0.02S	0 03	0.1	0.4	tflftUK
A	0	0.014	0 090	0.055	0 209	0. 9998
Pb	mg/L	0	0 1	0 5	1.0	2.0	--
A	0	0.005	0 010	00.021	0.042	0.9989
Cr	A	0	0.006	0 029	0.048	0.095	0.9990
Ni	A	0	0. OOS	0 039	0 078	0.150	0.9992
Cu	A	0	0.012	0 068	0 135	0.261	0.9993
Zn	A	0	0.032	*0.155*	0.300	0.582	0.9997

.3.2分析结果及分析精密度的试验

选定2010年5月6 日安环部送检样作为试验样品。用处理好的试液对各元素进行测定.计篇出各元素的标准偏差和相对标准偏差.结果见表4
实验结果表明：用此方法测定出样M的次数为6次・RSD 为2.12・8.90%,具有较好的精密度.方法可靠
3.3试样加标准回收试验
吸取10ml.处理好的标液.用标准加入法进打了冋收率的试验.结果见表5。
表5回收率试验结果

	含量mg/L	加入量mg/L	测得量mg/L	回收量mg/L	回收
Pb	0.076	0 030	0 120	0 011	88
Cd	0 0100	0 003	0. 0143	0.0043	80
Cr	0.052	0.020	0.071	0.009	95
Ni	0.53	0 30	0.84	4 031	103
Cu	0.020	0 010	0 O30	0 010	100
Zn	0 .0081	0.005	0.6122	0.MU	82

实验结果发明：用此方法测定样品回收率为80% - 103%. 测定效果较好，
3.4对比试验
用处理好的试液在原子吸收分光光度计上进行测定.结果见表6
Cr的对比实验，因为本公司废水中Cr的含量不超过Img/l.. 所以用高猛酸钾氧化-二苯碳酰二肼分光度法进行測定，结果见表7.
实技结果表明：2种方法的测定结果都在标淮偏差之内. 证明方法的准确性较好

表4分析靖果及分析结果精虚度

项目

测定值

0 078

0.0T4

0.009

0 011

0.053

0.041

0. 54

0 55

0 018

0 01>

0.0081

0.0078

0 075

0. 071

0 010

0 011

0.052

0.048

0 . so

0 31

0 020

0.008 6

0.0080

0.076

0.078

0.009

0.010

0.0055

0.0525

C.54

0 S2

0 021

0.00T9

0 008 3

次数

平均值 1

0 076

0 010

0 052

0 S3

0 020

0 008 1

标准偏差

0.0016

0. 00089

0.00237

0.0237

0. 0014

0.0040

相对标准偏差

2.12

8.90

4.55

4.46

7.07

5.00

表6対比试（1）

	Pb	Cd	Cr	Si	Cm
ICP-AES 法（mg/L）	0,53	0 010	0.020	0.076	0 0081
AAS法（mg/L）	0.S1	0 011	0 019	0.077	0.0078

表7对比试验结果〔2）

元素	ICF-AES（mg/L）	化学法（mg/L）
Cr	0.052	0.050

3.5干扰影响
在电感耦合等离子发射光谱分析中.基体成分过高常产生光谱干扰引起背景变化。因而我们对废水中的主要成分K.Na.Ca Mg.Fe做了干扰试验步骤如下：首先在等离子发射光谱仪上测定由K、Na. Ca.Fe的含量,K=1.30mg/L，Na=2.48mg/L・ Ca=45.0mg/l.. Mg=5.74mg/L. Fe=l.l9mg/L 按照表2配制4号标准溶液共5组,不加蒸馏水定容到刻度
把配制好的5组溶液按仪器工作条件测定溶液的吸光度. 测定结果见表X
测定结果显示：K. Ca. Na. Mg对所测元素无干扰，而Fe对Cd测定产生一定干扰.结果偏低因而在样品测定中. 我们要扣除其干扰样品中的干扰通过光谱仪谱线的背景校正方法予以消除

4结论
通过实验论证得岀以下结论
（I）采用电感耦合等离子体原子发射光谱仪ICP-AES检测工业废水中Cd、Ni. Cu、Zn. Cr、Pb元素含量的分析技术是一种有效的方法这种方法下6种元素的相对标准偏型 RSD为2.12% ~ 8.90%.回收率为期80% - 103%,能満足工业废水检测的要求该方法对工业废水中的重金属元器进行及时、准确的监测和控制具有重要意义
⑵本方法共有灵敏度高、检出限低.基体干扰少、分析速度快、准确性好、精密度高的优点.解决了火焰原吸收分光光度法或化学法测定手续较为烦琐、分析速度慢的问题