電感耦合等離子體質譜法測試廢水中鎘的含量

2022-01-08 07:53:26陳云龍顏自琦何春根

山東冶金 2021年6期

陳云龍，顏自琦，何春根

（方大特鋼科技股份有限公司，江西南昌 330012）

1 前言

近幾十年伴隨著我國工業的蓬勃發展，水體中重金屬元素對生態環境的污染日趨嚴重，其中鎘就是一種對生態危害極大的有毒重金屬。目前，水中鎘的分析方法通常有火焰原子吸收光譜（FL-AAS）法、石墨爐原子吸收光譜（GF-AAS）法、電感耦合等離子體發射光譜（ICP-AES）法。本實驗采用的電感耦合等離子體質譜儀（ICP-MS）法與其他3 種分析方法相比，具有靈敏度高、檢出限低、操作簡單、干擾少、精度高、分析動態范圍寬等優點，廣泛運用于生態環境、地質和生物制藥等行業。

2 測試原理、主要儀器與試劑

測試原理。水樣經預處理后，采用電感耦合等離子體質譜儀進行檢測，根據元素的質譜圖或特征離子進行定性，內標法定量。樣品由載氣帶入霧化系統進行霧化后，以氣溶膠形式進入等離子體的軸向通道，在高溫和惰性氣體中被充分蒸發、解離、原子化和電離，轉化成的帶電荷的正離子經離子采集系統進入質譜儀，質譜儀根據離子的質荷比即元素的質量數，進行分離并定性、定量的分析在一定濃度范圍內元素質量數處所對應的信號值與其濃度成正比。

儀器與試劑。（1）電感耦合等離子體質譜儀：iCAP RQ型，賽默飛世爾科技公司生產。（2）超純水制備系統：實驗用水為去離子水，電阻率≥18 MΩ·cm。（3）溫控電加熱板。（4）聚四氟乙烯燒杯。（5）鎘單元素標準溶液：1 000 μg/mL，國家標準樣品GSB04-1721-2004。（6）校正調諧液：含有Ba、Bi、Co、Li、U、Ce、Ln 元素，賽默飛世爾科技公司生產。（7）銦單元素標準溶液：作為內標，1 000 μg/mL，國家標準物質GBE（E）082124。（8）硝酸：優級純。（9）鹽酸：優級純。（10）氬氣：純度不低于99.99%。

3 分析步驟

3.1 樣品采集

測定水樣中總鎘的含量，依據HJ 91.1—2019《污水監測技術規范》和HJ/T 164—2004《地下水環境監測技術規范》，現場采集某區域水樣3次，無需過濾，并在現場立即加入固定劑（優級純HNO3），采樣工作完成后立即將樣品送往實驗室準備分析。該樣品保存期14 d，同時按照要求采集全程序的空白樣品。

3.2 樣品前處理

總鎘水樣前處理：采用電加熱板消解法，準確量取搖勻后的樣品空白、全程序空白、實際水樣等水樣各100.0 mL，置于250 mL 聚四氟乙烯燒杯中，加入2 mL硝酸（1＋1、GR）和1 mL鹽酸（1＋1、GR），置于電加熱板上加熱，調節電加熱板溫度在85 ℃以下，確保溶液不沸騰，直至樣品蒸發至20 mL 左右。待樣品冷卻后，將消解液全部轉移至100 mL容量瓶中，用超純水定容，加蓋搖勻。為確保儀器管路不堵塞，對消解好的樣品進行過濾，待測。

3.3 樣品分析

3.3.1 內標元素的選擇

對于基體較為簡單的廢水樣品，采用內標校正法，通過在線加入內標元素，以分析元素與內標元素的比值做校準曲線，保證測量值的準確性。內標元素的選擇原則為內標元素在樣品中不存在，與待測元素的質量數、電離能盡量相近。本實驗選用銦元素作為鎘的內標元素，內標標準使用溶液用1＋99優級純硝酸配制。根據本實驗室測試經驗，實驗選取內標溶液濃度為20 μg/L。

3.3.2 儀器調諧

質譜儀調諧溶液：選用含有Ba、Bi、Co、Li、U、Ce、Ln 元素為質譜儀的調諧溶液。本實驗室直接購買有證調諧液（原廠出廠）。

3.3.3 樣品的測定

按照設備操作規程以及儀器使用說明書操作本儀器。檢查真空度、氬氣壓力、氦氣壓力、冷卻水流量等各參數正常后，儀器點火，待穩定后，用調諧液進行調諧，使儀器靈敏度、氧化物、雙電荷、分辨率等各項指標達到要求后，通過儀器三通閥將待測試樣和內標等體積進樣，按照設定測試序列，進行樣品分析。

3.3.4 儀器工作條件

使用iCAP RQ 型電感耦合等離子體質譜儀，在實驗過程中儀器的主要工作參數為：正向功率1 548.6 W，接口溫度32.16 ℃，冷卻水流量0.50 L/min，冷卻氣流量13.939 L/min，輔助氣流量0.797 7 L/min，霧化器氣體流量0.998 5 L/min，分子渦輪泵泵速999.98 Hz。

3.3.5 校準曲線的繪制

鎘標準系列質量濃度與離子強度值見表1。