石墨爐消解-電感耦合等離子體原子發射光譜(ICP-AES)法同時測定硫磺中6種微量元素

孫春曉 孫甲琛 呂新明 寧海龍 王 東

(1 阿拉山口出入境檢驗檢疫局 技術中心，新疆 阿拉山口 833418；2 石河子大學 化學化工學院，新疆 石河子 832003)

引言

工業硫磺是一種重要的化工產品和基本工業原料，廣泛用于化工、輕工、農藥、橡膠、染料、造紙等工業部門。工業硫磺是從硫鐵礦、冶金工業副產品、石油和天然氣回收制得，含有多種有毒有害元素，加工生產時會殘留在樣品中，危害人體健康，同時對環境造成嚴重的污染。阿拉山口作為重要的礦產品進出口口岸，工業硫磺作為重要的進口商品，有毒有害重金屬元素砷、鉛、汞、鎘和微量元素鐵、銅等監測顯得尤為重要。

目前，測定硫磺中重金屬元素的方法有：分光光度法、原子吸收光譜法、原子熒光光譜法、催化極譜法、氫化物-原子熒光光譜法等[1]。這些方法檢測項目有限，且一般只能進行單元素的測定，難以滿足快速大通關對檢測時限的要求，并且部分檢驗項目沒有標準和相關方法。雖然我國已有工業硫磺的測定標準GB/T 2449—2014，但該標準檢測項目有限，無法滿足市場需求。

硫磺樣品的前處理通常采用Br2-CCl4溶解法[2]、發煙硝酸法[3]、HNO3-HClO4溶解[4]、氧彈燃燒法[5]和硫化銨溶樣法[6]。Br2-CCl4樣品處理繁瑣、費時，所用試劑具有揮發性，毒性大，污染環境，危害人體健康；發煙硝酸法所用試劑量大，會產生大量的廢氣污染環境；氧彈燃燒法造成易揮發組分的損失；硫化銨溶樣法中雖無環境污染，但硫化銨味臭，操作環境差。微波消解成本較高，且操作要求也比較高，使用不當會發生危險，且微波消解一次處理的樣品數量少，不適合同時處理大批量樣品。因此，提出了石墨消解-電感耦合等離子體原子發射光譜(ICP-AES)法快速同時測定硫磺中6種元素(Hg、Fe、As、Pb、Cu、Cd)含量的方法。石墨堿溶消解-電感耦合等離子體原子發射光譜法可以很好地解決上述問題，操作簡單、縮短消解時間、酸耗量少、不需要昂貴的消解設備、降低樣品污染、減少易揮發組分的損失，樣品的平行性、重復性好。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

ICAP6300MFC電感耦合等離子體發射光譜儀(美國賽默飛世爾科技有限公司)、PT-60智能石墨消解儀(普立泰科儀器有限公司)、XP205DR萬分之一電子天平(瑞士梅特勒-托利多儀器有限公司)。

氫氧化鈉(優級純)、無水乙醇(分析純)、30%過氧化氫溶液(優級純)、硝酸(優級純)，鐵、銅、砷、鎘、鉛、汞國家標準儲備溶液(國家鋼鐵材料測試中心鋼鐵研究總院)。

1.2 試樣的制備

樣品通過粉碎研磨，使其粒度小于250 μm，干燥備用。

1.3 試料溶液的制備

稱取硫磺0.2 g(精確到0.000 1 g)于石墨消解罐中，加入3 mL無水乙醇和5 mL NaOH溶液(10%)于120 ℃ 保持40 min充分消解，打開消解罐緩慢加入7 mL H2O2氧化，冷卻至室溫，再加入適量硝酸調節pH值至微酸性環境，消解液轉移到50 mL的溶樣瓶中，超純水稀釋至刻度處，搖勻，按儀器工作條件進行分析。同時進行空白實驗。

1.4 工作曲線繪制

配制適合實驗室檢測樣品濃度的標準曲線系列，制作待測元素校準工作曲線。Fe、Cu、As、Cd、Pb、Hg的濃度范圍為0、0.01、0.05、0.1、0.5、1.0、5.0 μg/mL。

1.5 儀器最佳測定參數設置

儀器測定條件：功率1 050 W，霧化氣體積流量0.89 L/min，采樣深度7 mm，跳峰模式測量，掃描20次，重復3次，采用碰撞模式，蠕動泵轉速20 r/min。

2 結果與討論

2.1 標準曲線的建立

按照最佳實驗條件測定各元素6個濃度點的標準溶液，同時用ICP連續測定空白消解液10次，按公式DL=3S計算其檢出限(式中S空為10次空白消解液測試濃度的標準偏差)。分析結果表明，各元素標準曲線線性相關系數均在0.999 5～1，測定方法線性關系良好，測定結果見表1。

2.2 加標回收實驗

準確稱取3號樣品 0.200 0 g，分別加入5、10、20 μg的標準溶液，按照樣品前處理程序進行處理，得到待測溶液，測定樣品加標回收率(n=6)。方法加標回收率為93.5%～115%，相對標準偏差RSD在0.15%～4.0%，表明該方法的準確度較高，具體見表2。

2.3 樣品的測定

按照樣品前處理程序，用ICP對收集的15批硫磺待測樣品進行含量測定，每份樣品平行測定3次，求平均值，測定后的數據經單位換算后，各元素含量詳見表3。

表1 方法檢出限、線性范圍及回歸方程

表2 6種元素重復性實驗及加標回收率

表3 6種重金屬元素測定值

3 結論

由表2、3可以看出，石墨爐消解硫磺樣品，經電感耦合等離子體原子發射光譜法同時測定硫磺中6種元素，取得了滿意的結果，線性范圍寬、檢出限低、元素之間的干擾少、準確度和精密度高、分析速度快且檢測模式靈活多樣，具有較好的回收率，適應于口岸通關形勢。