电感耦合等离子体原子发射光谱法测定污泥废料中铬
关键词：电感耦合等离子体原子发射光谱法（ICP-AES）；污泥废料；铬；聚四氟乙烯烧杯;美析集团（www.macylab.com）
含铬污泥废料来源于冶金、电镀、化工、铬盐、皮革等工业含铬废水的处理工程中，因其中含铬的高度致癌性而被公认为危险废物。所以含铬污泥废料的资源化处理课题已是迫在眉睫。准确测定污泥废料中的铬对含铬污泥废料的资源化处理有着十分重要的意义。目前测定硅酸盐、土壤、污泥体系中低含量的铬多采用二苯基碳酰二肼光度法，该方法采用碱熔样品，在0.1mol/L的硫酸介质中进行比色测定铬。该方法流程长，繁琐，不能满足工业生产的快速需求。电感耦合等离子体原子发射光谱法（ICP-AES）具有操作简单、高效快速、干扰因素少、精密度和准确度高等优点，成为测定污泥废料中铬元素的新方法。（ICP-AES）测定污泥废料中低含量铬的报道较少。本实验污泥废料中含有SiO2、C、Fe等杂质，采用氢氟酸、硝酸和高氯酸于聚四氟乙烯烧杯中处理样品，以10％HCl为测定介质，建立了使用电感耦合等离子体原子发射光谱法测定污泥废料中铬的方法，用于大量实际样品的测定，结果令人满意，取得了一定的经济效益。
一、实验部分
1.1主要仪器及工作参数
1.2主要试剂
铬标准溶液：100μｇ/mL准确称取0.2829ｇ重铬酸钾（基准试剂，预先于150℃烘干2ｈ，置于干燥器中冷却至室温）置于150mL烧杯中，加50mL水溶解，移入1000mL容量瓶中，稀释至刻度，摇匀。硝酸（ρ＝1.40ｇ/mL）：分析纯；氢氟酸（ρ＝1.12ｇ/mL）：分析纯；高氯酸（ρ＝1.68ｇ/mL）：分析纯；盐酸（ρ＝1.19ｇ/mL）：分析纯；实验用水为二次蒸馏水。
1.3实验方法
称取试样0.2~0.5ｇ于150mL聚四氟乙烯烧杯中，用少量水润湿试样，加入10mL硝酸，5mL氢氟酸于150℃左右加热约10min。然后加高氯酸5mL，继续于240℃温度加热至冒高氯酸白烟，最后再继续于200℃蒸至湿盐状，取下冷却，加10mL盐酸及少量水冲洗杯壁，于加热，冷却90℃，1～2min后，移入100mL容量瓶中，定容至刻度，混匀，待测。
1.4标准溶液系列配制
准确分取一定体积的铬标准溶液，其浓度为：
100μｇ/mL。放入100mL容量瓶中，用10％盐酸稀释至刻度，此标准溶液系列中铬的质量浓度见表2。
二、结果与讨论
2.1溶样方法
对含铬的矿石的分解，一般采用碱熔融和酸溶解两种方法。碱熔样品会给ICP-AES测定时，引入大量的盐类，故一般采用稀释的方法降低溶液盐类，污泥中铬含量极低，而稀释会增加测量误差，不利于污泥废料中铬的测定。酸溶污泥废料时引入的盐类较少，故本实验采用酸溶分解试样。试验考察了4种溶样方式分别溶解同一个污泥废料样品，结果见表3
由表3可以看出：方法1溶解样品后，有大量固体不溶物，因为没加氢氟酸，污泥废料中的硅未被溶解；方法2溶解样品后有少量固体不溶物，而且烧杯腐蚀严重；方法3，样品溶解完全，但铬元素测定结果偏低；方法4样品溶解完全，铬测定结果与分光光度法测定结果一致。所以选择方法4作为溶解污泥废料的方式。
2.2溶剂用量
含铬污泥废料中主要含有二氧化硅、碳和铁等杂质，氢氟酸溶解二氧化硅效果最佳，形成四氟化硅形式挥发除去。所以在溶解样品时，必须加氢氟酸，加入量为5mL，就能满足溶样需求。
该污泥废料中含有大量的碳，根据文献，采用高温灼烧除碳，该方法费时费力。高氯酸是分解含铬矿物的有效溶剂，选择高氯酸在溶解样品时，冒高氯酸白烟状态下，污泥中的碳充分溶解。热的高氯酸有很强的氧化性，在分解试样的同时，将铬氧化为高价，这时如果试样溶液中存在盐酸，使铬以氯化铬酰（CrO2Cl2）形式挥发，造成铬的损失，这就是上述溶样方法3测定铬结果偏低的原因，所以在溶样过程中不选择加盐酸。在溶样的实际操作中，先加硝酸溶解大部分铁等杂质，加入硝酸量选择10mL就能满足需求。
在加入10mL硝酸和5mL氢氟酸后，在150℃左右加热约10min，再加入高氯酸，高氯酸的加入量选择5mL，即可溶解污泥废料中的碳，又可驱赶试液中氟，以免对仪器进样系统造成损伤。最后将试液蒸至湿盐状，加10mL盐酸，溶解之前未溶解的残余物，又可保证试液在10％的盐酸介质中用ICP-AES测定铬。
2.3分析谱线
根据待测谱线应避免受光谱干扰，足够的线性范围和灵敏度的谱线选择原则，利用仪器谱线库提供的推荐波长初选分析线，对铬元素的分析线进行考察。根据文献选择铬的3条分析谱线，按照表2配制铬的标准溶液系列绘制校准曲线，选择污泥样品溶液和空白溶液，在ICP-AES处于最佳工作状态下测定，观察不同谱线的峰形图，结果见表4。
结果表明，按照“峰形好、干扰小、背景简单、信噪比高”为选择原则，本文最终确定铬的分析谱线为267.716nm。
2.4共存元素的干扰
污泥废料中其他元素为二氧化硅、碳和铁。二氧化硅在溶解试样时，于聚四氟乙烯烧杯中加入了氢氟酸，形成四氟化硅挥发出去大部分的硅。在用ICP-AES进行测量时，Si206.552nm对Cr283.563nm产生光谱重叠干扰。放弃了206.542nm分析谱线的测量值，从而消除硅对铬的测定干扰。
碳在分解试样时，选择加入高氯酸，使碳变成挥发物除掉了，高氯酸使铬氧化为高价，增加测定结果的稳定性。
污泥废料中含有大量的铁，根据文献，Fe对Cr283.563nm是主要干扰谱线，本方法不选择Cr作为分析谱线。污泥中铁的含量大约10%~20%，为了考察溶液中铁对铬元素的测定影响，配置了一套加铁溶液的标准系列，在表2的标准溶液系列中，加入浓度为2.00g/LFe标准溶液10mL。用加铁的标准溶液系列和不加铁的标准溶液系列分别测定污泥废料中的铬，结果见表5。
从表5结果可以看出：试液中含有的铁量对铬元素测量影响不大，直接用不加铁的铬标准溶液系列测定即可。铁对铬的测定无影响。
2.5校准曲线和检出限
在仪器最佳工作条件下对标准溶液系列进行测定，以铬元素质量浓度为横坐标，发射强度为纵坐标，绘制标准曲线。在同样条件下对空白溶液连续测定11次，计算标准偏差，以3倍的标准偏差计算方法的检出限，结果见表6。
2.6精密度试验
按照实验方法测定三个污泥废料中的铬，并进行精密度试验，测定结果的相对标准偏差（RSD，n=6）在4.90％～8.20％之间，结果见表7。
三、样品分析
取三个样品，按照实验方法测定污泥废料中的铬，又将这三个样品用二苯基碳酰二肼光度法测定，将两种方法测得的结果进行对比，结果见表8。
由表8可知，两种方法测定结果基本一致。
四、结语
电感耦合等离子体原子发射光谱法测定污泥废料中的铬，采用硝酸、氢氟酸和高氯酸溶解样品，选择Cr267.716nm波长的光谱线为分析线，10％的HCl介质进行测定，在选择的实验条件下，硅、碳、铁等杂质对测定无干扰，实验结果准确可靠。
