主题：【第十届原创】（官人按）电感耦合等离子体发射光谱法测定表面处理废水中重金属元素

电感耦合等离子体发射光谱法测定表面处理废水中重金属元素

陈妮绒 张印强 林兰 彭戬 王璐 唐坤 罗天齐

中国航发贵州红林航空动力控制科技有限公司

【摘要】：本文利用电感耦合等离子体发射光谱法测定污水中的Cr、Ni、Zn、Cd、Cu五种重金属元素。所选择的五种元素的分析谱线依次为267.716ppm； 213.604nm；213.857nm； 228.802nm ；324.752nm，方法的检出限在0.005-0.01mg/L之间。方法应用于实样分析，使用控制样品检测结果确定试验方法的可靠性。控制样品测定值的RSD均小于5%。，五种元素的相关系数均达到99%，符合厂内执行废水排放标准GB21900-2008的要求。
【关键词】：电镀污水  重金属元素  Optima 5300V  检出限  精密度
Abstract:In this paper, using advanced testing technology, solve problems analysisof trace heavy metal elements in waste water. ICP determination of Cr、Ni、Zn、Cd、Cu in wastewater of five kinds of heavy metal elements. The choiceof the analysis of the five elements line followed by 267.716ppm； 213.604nm；213.857nm；228.802nm ；324.752nm，method detection limit between 0.005-0.01mg/L.  Methods applied samples analysis, controlsample test results are used to determine the reliability of the test method.Determination of RSD control samples are less than 5%, the correlationcoefficient of five elements are 99%. Factory perform wastewater dischargestandard of GB21900-2008, the heavy metal element content is low, complexwastewater components, so the test is difficult, need to trial and errordetection method is determined.
Keywords: Electroplating wastewater    Heavy metal  element  Optima 5300V
Detectionlimit  Degree of precision accuracy.
电镀废水中的重金属对人体健康和生态环境均能造成危害。环境保护工作是从防治水体重金属污染开始，排放有关重金属的企业必须有处理措施。现在厂内主要污染物是表面处理排放的废水，涉及表面处理的生产线有镀铜、镀锌、镀铬、镀镉、镀镍、阳极化、电抛光等，主要排放的污水重金属有五种（Cu 、Zn、Cr、Cd、Ni）。现在测定重金属的方法主要有分光光度法、原子吸收法、原子荧光法、电感耦合等离子体光谱法（即ICP法）等。本文使用PerkinElmer公司Optima 5300V对于污水中重金属进行检测，确立元素分析线，稳固试验成果，编制操作规程等。
1 试验部分
1.1仪器试剂
1.1.1 仪器
Optima 5300V电感耦合等离子体发射光谱仪
1.1.2 试剂（标准样品来自于环境保护部标准样品研究所和北钢院）
镍标准溶液：0.65 ppm；1.3 ppm；
镉标准溶液：0.0453ppm；0.0906ppm；
铬标准溶液：1.00ppm；10.00ppm；
铜标准溶液：0.50ppm；0.25ppm；
锌标准溶液：1.00ppm；2.00ppm；
参照国标GB21900-2008（电镀污染物排放标准）中对五种重金属排放要求，配制标准控制样品，控制样品的浓度如下：
镍控制溶液：0.681ppm；
镉控制溶液：0.119ppm；
铬控制溶液：0.590ppm；
铜控制溶液：0.591ppm；
锌控制溶液：0.297ppm；
1.2 仪器工作条件
1.2.1 发生器功率：1.3KW；等离子气流量：15L/min；辅助气流量：0.2 L/min；载气流量：0.8 L/min；液提升量：1.5mL/min；冲洗时间5S；检测时间30S。
1.2.2 元素分析波长的选择：Cr：267.716nm；Ni：213.604nm；Zn：213.857nm；Cd：228.802nm；Cu：324.752nm。
1.3 试验方法
1.3.1 污水状态的确认：如果污水是澄清的，不需要处理。如果污水浑浊，加入1+1硝酸1mL，加入酸之后，还不能澄清的，过滤后再检测。因为污水中的重金属含量比较低，所以尽量不要稀释处理。
1.3.2在ICP上建立污水检测方法，按照顺序测定空白，标准样品，控制样品，待测污水试样。
2结果讨论
2.1分析谱线的选择
由于污水成分复杂，含有大量的氧化剂还原剂，还有络合剂金属元素，给测定工作带来很大的困扰，综合分析发射强度、稳定性，分析曲线和谱线干扰，试验方法元素的分析谱线见表1。以铬元素的分析谱线（见图2）为例。综合铬元素的三条分析曲线（图1）均比较好，曲线的相关系数均在99%以上 ，还有谱线的干扰（图2），明显205nm的干扰比较大，建议舍弃。以及发射强度267nm的发射强度最大，综合以上因素，最终选择267nm为铬的分析谱线。

表1 元素的分析谱线

元素	分析谱线λ/nm		元素	分析谱线λ/nm
Cu	324.752		Cr	267.716
Ni	231.604		Zn	213.857
Cd	228.802

2.2标准曲线和检出限
2.2.1标准曲线
按照1.1.2的标准溶液的浓度，建立标准曲线，以下以铬元素为例，标准曲线见表2。

2.2.2元素的检出限见表2

表2 元素的检出限

元素	检出限ppm		元素	检出限ppm
Cu	0.0097		Cr	0.0071
Ni	0.0150		Zn	0.0059
Cd	0.0027

2.2.3方法的稳定性
以铬元素（1.0mg/L）为例，改变试验设备的检测时间和溶液的酸碱度，试验结果的稳定性有很大差异，最终选择检测时间60S，酸度为1%硝酸，为最佳检测状态，测试结果稳定。
                        表3 稳定性试验结果

不同检测时间			不同酸度检测结果
30S	45S	60S	3%HNO3	2%HNO3	1%HNO3
1.02	0.97	1.01	1.10	1.05	1.03
0.95	1.05	0.99	0.93	0.95	0.95
0.96	1.03	1.02	1.08	1.12	0.99

2.3 方法的准确度和精密度
对于已知环境标准样品进行5次测定，测定结果平均值见表3：

表3 标准样品

元素	标准值   %	测定值   %	平均值   %	RSD   /%
总铬	0.590	0.57，0.55，0.60，0.59，0.61	0.584	4.1
总铜	0.591	0.58，0.55，0.60，0.62，0.59	0.588	4.4
总镍	0.681	0.69,0.68，0.71，0.73，0.65	0.692	4.4
总锌	0.297	0.31，0.28，0.29，0.31，0.31	0.30	4.7
总镉	0.119	0.10、0.11，0.108，0.11，0．111	0.108	4.2

从上边的实验数据可以看出，RSD值小于5%，此方法可靠，可以满足试验要求。
2.4污水的检测
污水试样一瓶，用ICP连续测定5次，结果见表4：

表4  五次污水测定结果（n=5）

元素   测定	第一次   （PPm）	第二次   （PPm）	第三次（PPm）	第四次（PPm）	第五次   （PPm）
总铬	0.032	0.30	0.029	0.031	0.032
总铜	0.005	0.004	0.006	0.005	0.008
总镍	0.032	0.031	0.035	0.029	0.026
总锌	0.026	0.032	0.025	0.028	0.030
总镉	0.003	0.004	0.004	0.002	0.002

从上边的数据可以看出，平行误差不大，可以满足检测要求。五种元素的相关系数均达到0.99以上，测定值均在检出限以上，可以满足试验要求。
2.5结论
根据GB21900-2008电镀污染物排放标准的规定：总铬≤1.0ppm；总铜≤0.5ppm；总镍≤0.5ppm；总锌≤1.5ppm；六价铬≤0.2ppm；总镉≤0.05ppm，试验中所测污水的含量均未超过排放标准的规定。本工作采用ICP测定污水中的重金属元素，对于标准物质进行测定，结果验证试验方法的准确度。方法具有准确、快速、检出限低、灵敏度高、线性范围宽等优点，适用于污水中重金属元素的检测。