高壓密閉消解—電感耦合等離子體原子發射光譜法測定陽極泥中鉛、錳、鋅

李維棟，張 歌，降林華，徐初陽

(1.安徽理工大學 材料科學與工程學院，安徽 淮南 232001；2.中國環境科學研究院 重金屬清潔生產工程技術中心，北京 100012)

鋅電解過程產生的陽極泥中含有大量Pb、Mn、Zn等重金屬元素[1]。Pb主要來源于鉛板腐蝕溶解[2]，Mn主要來源于電解工藝制膜封鉛過程。目前，測定陽極泥中Pb、Mn、Zn有滴定法、原子吸收光譜法和原子熒光光譜法等。滴定法主觀判斷度誤差較大，對滴定終點判定不準確，且耗時較長。原子吸收光譜法無法同時測定多種元素，且測定過程復雜、時間長。原子熒光光譜法適用元素范圍較窄，且某些元素測定條件比較苛刻[3]。高壓密閉消解樣品酸耗較少，密閉空間內揮發損失較少且不易被污染[4]；ICP-AES法檢測速度快，靈敏度高，可同時對多種元素進行檢測[5-10]：因此，研究了以高壓密閉法消解樣品、以ICP-AES法同時測定陽極泥中的Pb、Mn、Zn。

1 試驗部分

1.1 儀器與試劑

Pipet-Lite移液槍；DB-2B數顯控溫不銹鋼加熱板；Milli-Q超純水系統，英國Millipore公司；BS-224S型電子天平，德國Sartorius科學儀器有限公司；PE Optima 8000型電感耦合等離子體原子發射光譜儀，美國PerkinElmer公司；配備自動進樣器；電熱鼓風干燥箱，XCT3，上海圣欣科學儀器有限公司；分裝式高壓密封消解罐。

氫氟酸，分析純，西隴化工股份有限公司；鹽酸，硝酸，BⅧ級，北京化學試劑研究所；鉛、鋅、錳單元素標準溶液，1 000 μg/mL，國家有色金屬及電子材料分析測試中心。

1.2 ICP-AES工作參數

十字交叉霧化器及Scott霧室。

測定條件：射頻功率1 300 W，等離子體流量15 L/min，輔助氣流量0.2 L/min，霧化器流量0.55 L/min， 泵進樣量0.8 mL/min，沖洗時間20 s， 穩定時間5 s。目標元素分析譜線波長：Pb，220.353 nm；Mn，257.610 nm；Zn，206.200 nm。

1.3 試驗原理與方法

1.3.1 樣品預處理

從某鋅電解車間電解槽采集具有代表性的陽極泥樣品若干個，晾干后研磨過250目篩，備用。

1.3.2 樣品消解

高壓密閉消解是在干燥箱中利用密封的PTFE內膽加溫加壓對待測樣品進行消解，在密閉加熱消解條件下既可降低因酸揮發造成的測定結果誤差，又可提高待測樣品消解率[11-12]。

陽極泥中含有大量重金屬、鹽類、硫化物、有機物質等。采用加熱板加熱與微波消解時待測樣品消解不徹底，檢測結果誤差較大。利用消解罐體內高溫高壓密閉強酸體系(HF、HCl、HNO3、H2O2混合強酸體系)環境可快速消解難溶物質，將固態樣品消解為離子狀態，縮短消解時間；且可使被測組分因揮發導致的損失降到最小，提高測定準確性。常用來消解測定微量元素及痕量元素。

首先用0.49 mol/L稀硝酸浸泡消解罐8 h，然后用0.049 mol/L稀硝酸溶液沖洗干凈并烘干，加入5 mL硝酸溶液，在高壓密閉消解儀中進行3次高溫清洗，待消解罐溫度冷卻至室溫后取出，加入0.05 g待測樣品、1 mL氫氟酸、3 mL 鹽酸、6 mL硝酸及2 mL過氧化氫[13-14]，混合搖勻后靜置一段時間，擰緊消解罐放入消解儀中進行消解。在160 ℃下消解3～4 h，待消解罐溫度降至室溫，取出消解液放置在電加熱板上連續趕酸8～12次，之后定容至50 mL，待測。

空白樣品加入1 mL氫氟酸、3 mL鹽酸、6 mL硝酸及2 mL過氧化氫的混酸體系溶液作參比。

1.3 標準溶液配制

分別移取10 mL Pb、Mn、Zn單元素標準溶液于100 mL容量瓶中，用稀硝酸溶液稀釋成質量濃度100 mg/L的混合標準儲備溶液。再逐級稀釋后配制不同質量濃度的目標元素標準混合溶液，質量濃度分別為0.1、0.5、1.0、5.0、10.0、50.0、100.0 mg/L。參比溶液為0.049 mol/L稀硝酸溶液。

試驗用水為超純水，電阻率不小于11.6 MΩ·cm。

1.4 加標回收試驗

取3個待測樣品各一式兩份，一份在高壓密閉消解后進行ICP-AES測定，結果作為標準值；另一份添加適量標準溶液后進行加標回收試驗，根據加標回收率驗證測定結果的準確性。

2 試驗結果與討論

2.1 儀器分析譜線的選擇

利用ICP-AES測定多種元素，分析譜線應選擇靈敏度較高、信噪比較高、背景值較低且各目標元素光譜之間無相互干擾的譜線[15]。試驗所選譜線：Pb 220.353 nm，Mn 257.610 nm，Zn 206.200 nm。3種元素均有很好的響應值。

2.2 標準曲線的繪制及檢出限

根據儀器工作條件對不同質量濃度標準混合溶液進行測定并繪制標準曲線。在最佳儀器工作條件下，對空白溶液連續測定11次，以3倍標準偏差計算各元素檢出限[16]、校正儀器基體效應與信號漂移誤差。結果表明，用ICP-AES對3種目標元素進行測定的相關系數均大于0.999 9，線性關系良好，滿足分析要求。具體標準曲線參數見表1。

表1 標準曲線參數

2.3 加標回收試驗

按試驗方法對陽極泥中Pb、Mn、Zn進行測定，同時采用加標回收法進行準確度排差，Pb、Mn、Zn加標量分別為20、30、10 g/kg，加標回收試驗結果見表2。

表2 加標回收試驗結果

由表2看出：3種元素的加標回收率均在97.30%～101.80%范圍內，說明方法準確可靠。

2.4 精密度與準確度測定

用高壓密閉消解—ICP-AES法測定2個樣品中Pb、Mn、Zn，每個樣品平行測定8次，結果見表3。可以看出，各元素測定結果的RSD均小于1.83%，說明方法的精密度較高。

按試驗方法測定2個樣品中的Pb、Mn、Zn，每個樣品平行測定3次，計算平均值與標準參考值，測定結果見表4。可以看出，3種目標元素測定結果的相對誤差均小于0.67%，RSD均小于1.49%，說明測定結果準確度較高。

表3 精密度測定結果

表4 準確度測定結果

3 結論

采用高壓密閉消解—ICP-AES法測定陽極泥中Pb、Mn、Zn，測定結果準確、可靠，方法有較強抗干擾能力，可以同時測定多種元素，對于陽極泥中多種元素的同時測定有較好的適用性。