泡塑富集—平臺管石墨爐原子吸收光譜法測定地下水中痕量鉈

2014-04-03 01:48:44杭榮勝

江蘇科技信息 2014年11期

杭榮勝，趙斌，徐霞

（江蘇省地質調查研究院，江蘇南京 210018）

0 引言

鉈是一種高度分散的稀有重金屬元素，被廣泛應用于化工、電子、衛生、航天、高能物理和超導材料等行業［1，2，7］。但鉈是最毒的貴金屬元素之一，其毒性大于砷［1］，在自然界中的豐度為8×10-7，克拉克值為0.48。多年的礦山開采、金屬冶煉、工業生產以及地熱開發利用等，導致鉈造成的環境污染日趨嚴重［2］。由于高毒性，鉈已被中國列入優先控制污染物的有毒元素之一［2］。

地下水中鉈的含量一般很低，淡水中豐度為0.01-0.05 μg/L［2］。采用等離子體發射光譜法［3］和等離子體質譜法［4-6］測定鉈已被廣泛應用。但由于儀器昂貴，方法不易普及。石墨爐原子吸收光譜法測定痕量鉈［7-12］仍是最為普及的方法之一。因地下水中的鉈含量甚微，富集法常被采用，以提高檢測方法的靈敏度。用飽和溴水處理水樣，活性炭靜態富集，使用PbCl2做基本改進劑［13-14］，價格昂貴。用聚氨酯泡塑吸附富集［15］，但沒有用其體改進劑，原子化溫度較高，降低了石墨管的使用壽命。本研究建立了以王水加H2O2處理，泡塑吸附，熱的去離子水解脫，以抗壞血酸為基體改進劑，帶平臺的石墨管原子化，石墨爐原子吸收光譜法測定地下水中鉈的方法，簡單且成本低廉。

1 實驗部分

1.1 儀器設備及工作條件

主要儀器設備：SOLAAR M6 石墨爐原子吸收光譜儀（美國Thermo fisher公司）、鉈空心陰極燈、帶平臺的長壽命石墨管（ELC-Platfrom）、往返式振蕩器。光譜儀的工作條件如表1 所示。

1.2 試劑和材料

表1 光譜儀工作條件

鉈標準溶液：用1mol/L HCl溶液逐級稀釋1g/L Tl的標準儲備液成1μg/L的Tl。

材料：HNO3（GR）、HCl（GR）、H2O2（AR）、FeCl3溶液（100g/L）、泡沫塑料每塊0.2g（稀硝酸浸泡，去離子水洗凈涼干）。

實驗用水：膜交換去離水（電阻率≥18MΩ·cm）。

1.3 實驗方法

1.3.1 樣品處理

準確移取200mL待測水樣于500mL干凈的錐形瓶中，加入1+1王水20mL，H2O210mL搖勻，置于小電爐上煮沸，冷卻后放入一塊泡沫塑料，加入FeCl3（100g/L）2mL，置于往返式振蕩器上振蕩1h，充分富集。取出泡沫塑料用自來水擠壓沖洗，再用去離子水沖洗擠干泡沫塑料2～3次，置于已準確加入5mL去離子水的10mL比色管中，用玻璃棒擠壓趕完泡沫塑料中的空氣，蓋上蓋子，再置于已經煮沸的沸水浴中解脫20min，趁熱取出泡沫塑料，冷卻后搖勻上機測定。

1.3.2 標準曲線的繪制

吸取 1μg/L Tl標準溶液 0、1、2、3、4、5mL 于 50mL 容量瓶中，用水稀至刻度搖勻，此溶液分別為 0、0.02、0.04、0.06、0.08、0.10μg/L的Tl，倒入進樣杯中，基體改進劑為200g/L的抗壞血酸，進樣量為標準曲線10μL，基體改進劑5μL，按設定的儀器條件測定系列標準溶液的吸光度。

2 結果與討論

2.1 吸附與解脫條件

水體中的Tl主要有1價和2價兩種價態，1價更為穩定。在酸性介質中3價的Tl3+可與Cl-形成［TlCl4］-絡離子，在接觸劑Fe3+存在下被泡沫塑料定量吸附，而Tl+不被吸附［16］。

實驗證明，在王水介質中H2O2可以將Tl+完全氧化至Tl3+，試驗表明王水介質的比例在5%-20%之間均能滿足要求，故試驗選擇5%的王水介質。泡塑的大小也進行了試驗，0.2g（約0.5cm×1cm×1cm）的泡塑夠穩定吸附［TlCl4］-。吸附時間也是重要的影響因素，試驗證明30min后吸附量即可達到最大。為保證吸附效果，選擇吸附時間為1h。Fe3+溶液有助于提高泡沫塑料吸附［TlCl4］-的能力，試驗測得當Fe3+加入量達到40mg后吸附趨于完全，吸附回收率可達到100%，為保證實際樣品的吸附效率，選擇加入Fe3+的量為100 mg。分別試驗了 10、15、20、25、30 min 5個時間段的解脫效果（沸水浴中），15min就能解脫完全，試驗選擇了20min的解脫時間。

2.2 灰化和原子化溫度

灰化和原子化溫度是石墨爐原子吸收法的重要參數，合理的灰化溫度可減少或消除在原子化階段的基體干擾。由實驗可知，灰化溫度在500-700℃吸光度達到最高峰，且背景干擾較少。本實驗選擇最佳灰化溫度600℃；原子化溫度1500-1800℃時吸光度趨于最大而且穩定，本實驗選擇原子化溫度為1600℃。

2.3 基體改進劑

應用抗壞血酸做基體改進劑，可利用抗壞血酸在熱解階段產生的炭粒對Tl的吸附作用，克服Tl的揮發損失缺陷，提高原子化效率，改善測定的靈敏度。且抗壞血酸的成本低廉。

2.4 共存元素的干擾

文章考察了地下水樣中共存的陽離子對測定Tl可能產生的影響，Ca2+、Na+、Mg2+、K+是可能存在的主要陽離子，在 0.1μg/L的 Tl溶液中加入的量分為各 100μg/L，Fe3+、Mn2+、Cu2+、Zn2+是地下水樣中可能存在的主要微量元素，在0.1μg/L的Tl溶液中加入的量各為 50μg/L，而 Sr2+、Pb2+、Ni2+、Cr3+、Cd2+等則是地下水樣中可能存在的重要指標，在0.1μg/L的Tl溶液中各加入20μg/L，按試驗方法吸附、解脫、測定，結果表明上述量的共存離子不干擾Tl的測定。