電感耦合等離子體發(fā)射光譜法檢測廢水中重金屬離子

潘沛玲

(肇慶醫(yī)學(xué)高等專科學(xué)校，廣東 肇慶 526200)

隨著現(xiàn)代科技和工業(yè)的快速發(fā)展，“三廢”排放越來越嚴(yán)重。工業(yè)廢水通常含有大量有機(jī)物質(zhì)和重金屬離子，如銅離子、鐵離子、鉻離子、錳離子、鈀離子、鎘離子、鋅離子等，若直接排放，會對地下水造成嚴(yán)重污染，導(dǎo)致生活飲用水水質(zhì)超標(biāo)，進(jìn)而危害人體健康，甚至造成重金屬中毒[1-3]。因此，必須嚴(yán)格控制工業(yè)廢水的排放，排放前必須對其進(jìn)行嚴(yán)格的處理和檢測，尤其是對重金屬離子的檢測[4-6]。傳統(tǒng)的滴定檢測法效率較低，而且精度不高；色譜-原子光譜法聯(lián)用是一種高效檢測方法[7-10]，能夠?qū)ι鲜鲋亟饘匐x子進(jìn)行準(zhǔn)確的定性和定量檢測。因此，作者對電感耦合等離子體發(fā)射光譜法(ICP-OES)檢測廢水中重金屬離子進(jìn)行方法學(xué)研究，并將其用于檢測實(shí)驗(yàn)室廢水中重金屬離子。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 材料、試劑與儀器

實(shí)驗(yàn)室廢水：肇慶醫(yī)學(xué)高等專科學(xué)校化學(xué)實(shí)驗(yàn)室廢水。

銅離子、鐵離子、鉻離子、錳離子、鈀離子、鎘離子、鋅離子等標(biāo)準(zhǔn)貯備液，濃度均為10 mg·L-1，國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研究所；硝酸、高氯酸、氫氟酸等均為分析純，北京化工廠；去離子水，自制。

Optima 8300型電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀(ICP-OES)，美國PE公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)室廢水的預(yù)處理

準(zhǔn)確量取10 mL實(shí)驗(yàn)室廢水置于燒杯中，加入10 mL硝酸和高氯酸混合溶液(硝酸與高氯酸體積比為10∶1)、5 mL氫氟酸，于30 ℃下恒溫振蕩30 min，然后移入50 mL容量瓶中，用1%硝酸定容，備用。

1.3 標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制

準(zhǔn)確量取1 mL銅離子標(biāo)準(zhǔn)貯備液3份，分別加入到100 mL、50 mL和20 mL容量瓶中，用去離子水定容，配制成1.0 mg·L-1、2.0 mg·L-1和5.0 mg·L-1的銅離子標(biāo)準(zhǔn)溶液；再準(zhǔn)確量取1.0 mg·L-1銅離子標(biāo)準(zhǔn)溶液10 mL，分別加入到100 mL、50 mL和20 mL容量瓶中，用去離子水定容，配制成0.1 mg·L-1、0.2 mg·L-1和0.5 mg·L-1的銅離子標(biāo)準(zhǔn)溶液。

同法配制鐵離子、鉻離子、錳離子、鈀離子、鎘離子、鋅離子等標(biāo)準(zhǔn)溶液。

1.4 樣品檢測

將預(yù)處理好的實(shí)驗(yàn)室廢水加入到樣品瓶中，設(shè)定ICP-OES儀器的等離子體流量為15 L·min-1、氣流流速為0.2 L·min-1、霧化器流速為0.8 L·min-1、進(jìn)樣量為1.5 mL·min-1，檢測銅離子、鐵離子、鉻離子、錳離子、鈀離子、鎘離子、鋅離子等7種重金屬離子濃度。

2 結(jié)果與討論

2.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

分別取0.1 mg·L-1、0.2 mg·L-1、0.5 mg·L-1、1.0 mg·L-1、2.0 mg·L-1、5.0 mg·L-1的各金屬離子標(biāo)準(zhǔn)溶液，采用ICP-OES法進(jìn)樣檢測，7種重金屬離子的發(fā)射譜線分別為324.7 nm、248.8 nm、357.9 nm、279.5 nm、283.3 nm、228.8 nm、213.9 nm。以重金屬離子標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度為橫坐標(biāo)、響應(yīng)強(qiáng)度為縱坐標(biāo)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，結(jié)果如圖1所示。

由圖1可以看出，在一定濃度范圍內(nèi)，銅離子、鐵離子、鉻離子、錳離子、鈀離子、鎘離子、鋅離子等7種重金屬離子的響應(yīng)強(qiáng)度與濃度之間的關(guān)系曲線均為直線，表明響應(yīng)強(qiáng)度與濃度呈正比關(guān)系。相應(yīng)的線性范圍、相關(guān)系數(shù)及檢出限見表1。

圖1 7種重金屬離子的標(biāo)準(zhǔn)曲線

表1 7種重金屬離子標(biāo)準(zhǔn)曲線的線性范圍、相關(guān)系數(shù)及檢出限

由表1可知，7種重金屬離子的線性范圍均較寬，其中銅離子的線性范圍為1.0～4.0 mg·L-1，鋅離子的線性范圍為0.2～0.8 mg·L-1，其它5種重金屬離子的線性范圍均為0.5～2.0 mg·L-1；在線性范圍內(nèi)，7種重金屬離子標(biāo)準(zhǔn)曲線的相關(guān)系數(shù)均較高，處于0.999 6～0.999 9之間，說明這7種重金屬離子的響應(yīng)強(qiáng)度與濃度之間具有較好的線性關(guān)系，若待測樣品中重金屬離子濃度處于線性范圍內(nèi)，則能夠?qū)χ亟饘匐x子進(jìn)行定量檢測。

2.2 方法學(xué)研究

用相對誤差和相對標(biāo)準(zhǔn)偏差分別評價(jià)ICP-OES法檢測廢水中重金屬離子的準(zhǔn)確度和精確度。分別配制2.5 mg·L-1的銅離子溶液、0.4 mg·L-1的鋅離子溶液以及濃度均為1.5 mg·L-1的鐵離子、鉻離子、錳離子、鈀離子、鎘離子溶液，采用ICP-OES法進(jìn)樣測定響應(yīng)強(qiáng)度，結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算相應(yīng)7種重金屬離子的濃度，每組實(shí)驗(yàn)平行測定5次，結(jié)果見表2。

表2 ICP-OES法檢測重金屬離子的準(zhǔn)確度和精確度

由表2可知，ICP-OES法檢測鋅離子的最大相對誤差最高，但僅為0.25%，銅離子、鐵離子、鉻離子、錳離子、鈀離子的最大相對誤差為0.12%～0.13%，鎘離子的最大相對誤差低至0.07%，表明ICP-OES法檢測重金屬離子的準(zhǔn)確度較高。由表2還可知，ICP-OES法檢測重金屬離子的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差也較低，其中銅離子的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差最高，但僅為0.000 8，鎘離子的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差最低，為0.000 2，表明ICP-OES法檢測重金屬離子具有較高的精確度。

2.3 實(shí)驗(yàn)室廢水中重金屬離子的濃度

采用ICP-OES法檢測實(shí)驗(yàn)室廢水中重金屬離子濃度，為了將7種重金屬離子濃度控制在檢出限和標(biāo)準(zhǔn)曲線的線性范圍內(nèi)，需要對實(shí)驗(yàn)室廢水進(jìn)行稀釋處理，檢測結(jié)果需要乘以稀釋倍數(shù)，最終得到真實(shí)的實(shí)驗(yàn)室廢水中重金屬離子的濃度，結(jié)果見表3。

表3 實(shí)驗(yàn)室廢水中7種重金屬離子濃度檢測結(jié)果(n=5)

由表3可知，實(shí)驗(yàn)室廢水中銅離子、鐵離子、鉻離子、錳離子、鈀離子、鎘離子、鋅離子的濃度分別為9.399 mg·L-1、23.100 mg·L-1、6.230 mg·L-1、2.960 mg·L-1、4.680 mg·L-1、5.950 mg·L-1和55.900 mg·L-1；7種重金屬離子濃度檢測結(jié)果的最大相對誤差均較低，在0.07%～0.12%范圍內(nèi)；相對標(biāo)準(zhǔn)偏差也較低，其中濃度較高的鋅離子和鐵離子的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差較高，分別為0.002 7和0.004 0；另外5種重金屬離子的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差較低，處于0.000 4～0.001 1之間。以上結(jié)果表明，采用ICP-OES法檢測實(shí)驗(yàn)室廢水中重金屬離子具有較高的準(zhǔn)確度和精確度。

3 結(jié)論

采用ICP-OES法檢測實(shí)驗(yàn)室廢水中7種重金屬離子，銅離子、鐵離子、鉻離子、錳離子、鈀離子、鎘離子、鋅離子的濃度分別為9.399 mg·L-1、23.100 mg·L-1、6.230 mg·L-1、2.960 mg·L-1、4.680 mg·L-1、5.950 mg·L-1和55.900 mg·L-1。該方法具有較高的準(zhǔn)確度和精確度，相對誤差為0.07%～0.25%，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.000 2～0.000 8。