酸化解聚—ICP—AES法测定聚氯化铝中的有害元素

doi:10.11894/iwt.2019-0721

酸化解聚—ICP—AES法测定聚氯化铝中的有害元素

石瑞瑞^,¹^,², 胡丹¹^,², 叶涛¹^,², 鹿燕¹^,², 杨铭¹^,², 廖上富¹^,²

Determination of hazardous elements in poly aluminum chloride by acid hydrolysis- inductively coupled plasma atomic emission spectroscopy

Shi Ruirui^,¹^,², Hu Dan¹^,², Ye Tao¹^,², Lu Yan¹^,², Yang Ming¹^,², Liao Shangfu¹^,²

收稿日期: 2020-07-3

基金资助:

浙江省质监系统科研计划项目. 20170101

Received: 2020-07-3

作者简介 About authors

石瑞瑞(1989—),工程师,硕士研究生E-mail:srr@fytest.com , E-mail：srr@fytest.com

Abstract

A quick sync method analyzing As, Cd, Cr, Cu, Fe, Hg, Mn, Ni, Pb, Sb, Se, and Zn in poly aluminum chloride were constructed by acid hydrolysis-inductively coupled plasma atomic emission spectrometry. Interference problems such as matrix and wavelength can be effectively removed by optimizing the spectral lines of each element. The detection limits, the precision and the average recovery of the method were analyzed. The results indicated that the detection limits, precision and average recovery of methods was in the range of 0.040-2.06 μg/g, 0.146%-4.63% and 83.8%-110%. The method was simple, rapid and accurate, which can be used for the test of hazardous elements in poly aluminum chloride.

Keywords： acid hydrolysis ; inductively coupled plasma atomic emission spectroscopy ; poly aluminum chloride ; hazardous elements

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本文引用格式

石瑞瑞, 胡丹, 叶涛, 鹿燕, 杨铭, 廖上富. 酸化解聚—ICP—AES法测定聚氯化铝中的有害元素. 工业水处理[J], 2020, 40(8): 101-103 doi:10.11894/iwt.2019-0721

Shi Ruirui. Determination of hazardous elements in poly aluminum chloride by acid hydrolysis- inductively coupled plasma atomic emission spectroscopy. Industrial Water Treatment[J], 2020, 40(8): 101-103 doi:10.11894/iwt.2019-0721

聚氯化铝（PAC）是一种广泛应用在水处理中的无机高分子混凝剂。对于生活饮用水处理使用的聚氯化铝，其有害元素含量直接影响人身健康^〔1〕。目前各国对聚氯化铝中的有害元素含量都有严格规定，但对于有害元素的种类、方法和限量存在差异。根据现有的国内外标准及文献资料^〔2-5〕，有害元素的种类除砷、镉、铬、汞、铅外，还有铜、铁、锰、镍、锑、硒、锌等，其检测方法多为原子吸收光谱法、分光光度法和原子荧光光谱法等^〔6-8〕。这些方法操作复杂、耗时较长，灵敏度不高，且不能同时测定多种元素，检出限也无法满足更加严格的限量要求。

电感耦合等离子体发射光谱法（ICP-AES）的线性范围宽、灵敏度高、检测限低，能够同时快速测定多种有害元素^〔9〕。本研究在前处理过程中使聚氯化铝酸化解聚形成离子状态，用ICP-AES法同步测定聚氯化铝中的砷、镉、铬、铜、铁、汞、锰、镍、铅、锑、硒、锌等多种元素，既提高了分析过程的效率，又保证了分析结果的准确性。

1 实验部分

1.1 主要仪器与试剂

仪器：Varia725-ES全谱直读等离子体原子发射光谱仪，美国Aglient公司。

标准物质：100 mg/L Quality Control Standard 21（美国SPEX CertiPrep公司），1 000 mg/L汞单元素溶液标准物质（中国计量科学研究院）。

硝酸，优级纯；高纯氩气（＞99.99%）；实验用超纯水（电阻率18.2 MΩ·cm）。

聚氯化铝，Al₂O₃质量分数为12.6%，盐基度68.3%，pH（10 g/L水溶液）为4.0，浙江海翔净水科技有限公司。

1.2 实验步骤

1.2.1 绘制标准曲线

用1%（体积比）的硝酸将标准物质配成砷、镉、铬、铜、铁、汞、锰、镍、铅、锑、硒、锌元素质量浓度分别为0、0.2、0.5、1.0、2.0、5.0 mg/L的系列标准溶液，测试得到各元素的标准曲线（见表 1），相关系数均＞0.999。

表1 线性方程及相关系数

元素	标准曲线方程	相关系数
As	y=1.001 2x+0.000 1	1.000 0
Cd	y=0.995 7x+0.008 7	1.000 0
Cr	y=0.995 7x+0.005 3	1.000 0
Cu	y=0.999x+0.009 9	1.000 0
Fe	y=0.997 4x+0.004 9	1.000 0
Hg	y=1.004x-0.020 9	0.999 5
Mn	y=0.986x+0.008 6	1.000 0
Ni	y=1.001x+0.001 5	0.999 8
Pb	y=0.999 8x+0.015 7	0.999 8
Sb	y=0.991 8x+0.018 3	1.000 0
Se	y=1.064 1x-0.033 9	0.999 7
Zn	y=1.000 1x-0.000 5	1.000 0

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1.2.2 样品预处理及测定

称取1.0 g聚氯化铝样品，精确到0.000 1 g，放入50 mL烧杯中，加入5 mL硝酸，盖上表面皿，在120 ℃下加热10 min直至不再产生黄色的氮氧化物，打开表面皿，赶酸至剩余约1 mL，取下冷却至室温，用1%（体积比）的硝酸定容至100 mL容量瓶中，在选定的仪器工作条件下进行测试。

2 结果与讨论

2.1 酸化解聚条件

聚氯化铝由多个氯化铝配位形成，在硝酸的酸化氧化条件下，随沉淀-胶溶反应可以解聚形成离子态^〔10〕。样品质量与加入硝酸体积之比在1:5以上时，加入的硝酸可使聚氯化铝解聚完全，呈澄清溶液。由于砷、汞、锑、硒具有低温易挥发特性，酸化解聚温度不宜太高，避免硝酸达到沸腾状态，以略低于120 ℃（硝酸沸点）为加热温度。同时为避免赶除过多酸消耗较长时间而造成低温元素损失，及考虑成本因素，确定样品质量与硝酸体积之比为1:5最优。

2.2 仪器工作条件

通过调节射频发生器功率、辅助气体流量、雾化气流量和蠕动泵泵速等参数，在满足高灵敏度和稳定性的条件下，同时综合仪器的矩管寿命、气体消耗量，确定仪器最佳分析条件^〔10〕：射频发生器功率1 200 W，等离子体气流量15.00 L/min，辅助气流量1.50 L/min，雾化气流量0.75 L/min，观察高度13 mm。

2.3 分析谱线的选择

聚氯化铝样品含有高浓度的铝，对砷、铜、锰、铅、锑、硒等目标元素会造成不同程度的光谱干扰。需综合考虑波长、灵敏度、背景和峰形等多个因素^〔11〕，选择波长干扰小的谱线，特别是波长位于200 nm以下紫外区的谱线；打开多色器高速吹扫，避免空气的干扰；选择灵敏度高的谱线，若待测样品中元素含量较高则选择次灵敏线；选择背景小、峰形对称的谱线。

根据以上谱线选择要求，各元素谱线选择如表 2所示。

表2 元素分析谱线

元素	As	Cd	Cr	Cu	Fe	Hg	Mn	Ni	Pb	Sb	Se	Zn
波长/nm	188.980	214.439	267.716	327.395	238.204	253.662	257.610	231.604	220.353	206.834	196.026	213.857
类型	Ⅰ	Ⅱ	Ⅱ	Ⅰ	Ⅱ	Ⅰ	Ⅱ	Ⅱ	Ⅱ	Ⅰ	Ⅰ	Ⅰ

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根据国内外聚氯化铝标准中对有害元素含量的技术要求^〔12〕，研究受干扰目标元素在不同铝质量浓度下的干扰情况，受干扰目标元素质量浓度为0.2 mg/L，铝元素控制在1 000 mg/L以内，如图 1所示。

图1

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图1 不同铝质量浓度下各元素的干扰曲线

对受干扰目标元素的波长进行优化选择后，铜和锰元素能够避免高浓度铝的干扰，砷、锑、硒和铅元素仍然存在正相关或负相关的干扰。这是由特征波长位置的峰叠加造成的，即波长干扰。从图 1可以看出，当铝元素质量浓度在400 mg/L以内时，其干扰误差＜10%，满足检测要求。因此在聚氯化铝样品的前处理过程中，应给予相应的定容体积，以免高浓度铝对目标元素造成干扰。

2.4 方法检出限

在标准曲线下用空白溶液连续测量11次，计算测得值的标准偏差，根据公式MDL=k×SD（MDL为方法检出限；k为置信因子，取3；SD为标准偏差），可计算得到本方法各元素的检出限和检出浓度，结果见表 3。

表3 各元素的方法检出限和检出浓度

元素	检出限/（mg·L^-1）	检出浓度/（μg·g^-1）
As	0.002 2	0.111
Cd	0.001 9	0.095
Cr	0.002 0	0.100
Cu	0.000 8	0.040
Fe	0.001 4	0.070
Hg	0.008 6	0.430
Mn	0.000 2	0.012
Ni	0.006 3	0.317
Pb	0.008 7	0.434
Sb	0.014 4	0.721
Se	0.041 0	2.06
Zn	0.001 0	0.048

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2.5 精密度

以各元素质量浓度分别为0.2、1.0、5.0 mg/L的样品溶液上机测量6次，计算测得值的相对标准偏差，得到各元素的精密度，结果如表 4所示。各元素在不同质量浓度水平上的精密度均在5%以内，重复性良好。

表4 各元素在不同质量浓度水平的精密度 %

元素	质量浓度/（mg·L^-1）
元素	0.2	1.0	5.0
As	0.500	0.449	0.268
Cd	1.47	1.09	0.407
Cr	0.735	0.455	0.397
Cu	0.392	0.570	0.234
Fe	0.920	0.335	0.158
Hg	2.55	2.43	1.94
Mn	0.535	0.387	0.146
Ni	2.58	1.74	0.584
Pb	2.53	1.58	0.681
Sb	3.10	0.964	0.581
Se	4.63	3.48	0.875
Zn	0.969	0.433	0.256

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2.6 加标回收率

线性范围内分别对低、中、高浓度进行加标回收实验，向空白样品中加标后分别为0.2、1.0、5.0 mg/L的质量浓度水平，得到各元素的加标回收率，如表 5所示。各元素在不同质量浓度水平上的加标回收率均在83.8%~110%之间。

表5 各元素在不同质量浓度水平的加标回收率 %

元素	质量浓度/（mg·L^-1）
元素	0.2	1.0	5.0
As	97.5	93.5	97.4
Cd	88.5	83.8	89.4
Cr	106	88.0	86.6
Cu	90	96	97
Fe	100	110	94
Hg	100	89.3	87.2
Mn	105	90	88.4
Ni	104	89.2	85.0
Pb	94.5	87.5	88.6
Sb	104	83.8	89.8
Se	106	95.9	95.8

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3 结论

应用ICP-AES法同步测定聚氯化铝中的砷、镉、铬、铜、铁、汞、锰、镍、铅、锑、硒、锌，各元素的检出限在0.040~2.06 μg/g，精密度在0.146%~4.63%，回收率在83.8%~110%，精密度好，准确度高，可满足聚氯化铝的分析要求。该方法对完善铝系水处理剂的元素检测方法体系，补充国内标准中的元素技术要求有重要意义。

参考文献

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文献年度倒序

文中引用次数倒序

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