电感耦合等离子体发射光谱仪测定废水中多种重金属元素

实验指导书
电感耦合等离子体发射光谱仪测定废水中多种重金属元素
一、实验目的
进一步巩固电感耦合等离子体发射光谱仪的基本原理及定量分析过程；了解电感耦合等离子体发射光谱仪对样品的要求；掌握水样预处理的常用方法；综合环境监测、分析化学、仪器分析、光谱分析等知识学习从样品制备、仪器使用、方法建立、样品多元素分析及数据处理、误差分析的样品分析全过程。

二、仪器结构与实验原理
电感耦合等离子体发射光谱仪结构示意图
电感耦合等离子发射光谱仪大多采用蠕动泵进样方式，样品须为液态，且是均匀的不含颗粒物和有机物的样品，以避免管路堵塞、等离子体火焰失稳，同时尽可能地实现和标样的基体匹配。

因此，绝大部分水样在上机分析前要进行预处理。

水样预处理目的主要是使待测组分达到测定方法和仪器要求的形态、浓度，消除共存组分的干扰。

消解是最常用的预处理方法。

消解处理的目的是破坏有机
物，溶解悬浮性固体，将各种价态的待测元素氧化成单一高价态。

水样预处理通常采用湿式消解法，湿式消解法则是依靠氧化剂的强酸性和强氧化能力及辅助加热等条件来分解样品中的杂质。

常用的消解方法有湿式消解法
和干灰化法。

湿式消解法常用的氧化剂有HNO
3、H
2
O
2
、H
2
SO
4
、HF等。

消解后的水
样应均匀、清澈、透明、无沉淀。

消解过程使用试剂给样品结果带来的正误差可以采用扣除试剂空白的方法消除，可采用加标回收及平行分析的方法确定分析结果的准确度和精密度。

电感耦合等离子体发射光谱的原理及仪器结构参考实验“电感耦合等离子体发射光谱仪分析饮用水中常量金属元素的含量”。

三、实验条件
1．仪器设备
电感耦合等离子发射光谱仪（美国Agilent，720ES）、循环冷却水仪、氩气钢瓶（氩气纯度>99.995%）、抽湿设备（森永）、通风设备、电热板（labtech）、10mL瓶口分液器、消解罐若干、消解液定容用25mL容量瓶、上机用15mL聚丙烯塑料离心管等。

2． 试剂与样品
去离子水、硝酸（GR）、纯水（Millipore）、元素标准溶液母液（XCCC-13A 混标， 美国SPEX CertiPrep）含1000mg/L K、Na、Ca、Mg等常见元素、废水样品若干。

混标贮备液：取干净的100mL聚丙烯容量瓶，在容量瓶中加入一半左右的去离子水和4mL优级纯硝酸，准确移取10mL标准溶液母液到容量瓶中，再用去离子水稀释至刻度线，摇匀备用。

洗针液：体积百分比浓度为2%硝酸溶液，取2L聚丙烯塑料瓶1个，加入2L左右的去离子水，再加入40mL优级纯硝酸，盖上瓶盖，摇匀备用。

3. 实验条件与仪器参数
（1）消解条件
采用硝酸消解法，设置消解温度为120℃。

（2）仪器分析条件
设置功率为1.2kW，等离子气流量15.0L/min，辅助气流量1.5L/min，雾化气流量0.75L/min，蠕动泵转速：15rpm/min，仪器稳定延时15s，进样延时采用快泵模式提升30s，清洗采用快泵模式清洗10s，样品读数次数为3次，循环冷却水温度设为20℃。

推荐Fe、Mn、Ni、Cu、Zn的分析波长为：238.204nm、257.610nm、231.604nm、327.395nm、213.857nm。

四、实验步骤
1．系列标准溶液的配制
取5个干净的100mL聚丙烯容量瓶，加入一定量的去离子水和4mL优级纯硝酸，分别移取0mL、0.5mL、2mL、5mL、20mL混标储备液于100mL的容量瓶中，再用去离子水稀释至刻度线，摇匀备用。

此系列标准混标溶液中各元素的含量分别为0mg/L、0.5mg/L、2mg/L、5mg/L和20mg/L，其中不添加混标储备液的溶液为标样空白。

将系列标准溶液转移到15mL的离心管中备用。

2．样品消解
取混匀的水样10-50mL于消解罐（聚四氟乙烯消解罐或锥形瓶）中，加入5-10mL浓硝酸，于通风橱中用电热板加热消解。

调节电热板温度为120℃，样品缓慢蒸发直到溶液剩余10毫升左右，溶液澄清透明。

取下消解罐冷却至室温，若有沉淀应过滤，将消解液或滤液用去离子水定容在25mL容量瓶中再转移至15mL离心管，待分析测定。

根据质量控制要求可同时进行3个平行样品的预处理，得到消解平行样。

3．试剂空白制备
取与样品量等体积的去离子水替代样品加入消解罐中，采用和样品消解完全相同的方法同步处理去离子水，定容后得到试剂空白。

4．加标样品的制备
因实验时间有限，加标实验和样品测试实验同时进行。

按照样品消解步骤取相同量的样品于消解罐中，加入1mL100mg/L的混合标液（具体加标量请根据样品性质调整），加入5-10mL浓硝酸，按照样品消解方法预处理样品，定容待测。

加标样品平行制备2份。

5．上机分析
（1）在仪器装置界面点击图表，将等离子体点着，点火过程需时1~2min。

点火后建议让仪器稳定3~5min左右开始分析，在此期间可以建立分析工作表格编辑分析方法和分析序列。

（2）建立工作表格并进行样品分析：点击工作表格图表进入工作表格编辑界面，新建工作表格，选择定量分析模式，选择合适的路径，输入名称并保存。

工作表格包括方法、顺序和分析3部分。

（3）点击编辑方法，出现方法编辑器，在方法页面的周期表上选择待测元素，会出现分析谱线选择页面，分别为K、Ca、Na、Mg选择合适的分析谱线。

（4）选择完分析谱线后，点击条件进入分析条件界面，根据实验条件设置等离子体参数及仪器运行相关参数。

点击标样进入标样参数设置页面，选择标样数量为4（此处标样数量不含标样空白）、在表格中填入各标样浓度。

关闭方法编辑器，更新工作表格。

（5）点击顺序进入序列编辑页面，选择样品源为自动进样器，点击顺序编辑器，输入样品计数，在开始时进行曲线校正及曲线校正包括一个空白两项上打钩，确定并更新，注意记录软件默认标样和样品的位置。

将准备好的标样和样品按照软件中默认的位置放置在自动进样器上。

（6）点击分析进入分析界面，表格会更新并显示完整序列，黄色为待测样品，点击绿色分析将自动进行。

分析完毕软件自动显示分析结果。

点击菜单“查看”列选择“强度”选项可显示各样品的发射谱线强度，选择“浓度”选项可显示各样品的实测浓度结果。

（7）分析结束，冲洗管路5min，然后点击关炬。

熄炬后，将仪器背后的高压电源开关推下关闭。

3~5min后关循环冷却水，关软件，关闭自动进样器开关，关闭主机和电脑，松开进样管、废液管及洗针管路。

3~5min后关闭氩气，关闭通风系统。

五、数据处理
1．原始数据记录
记录实验步骤、仪器参数、原始测试结果。

2．数据处理与讨论
计算废水样品中常见金属元素的含量及分析过程的加标回收率。

加标回收率计算公式如下：
()100%
%⨯-=
加标值试样测定值
加标试样测定值回收率
具体计算结果可填入下表：
表2-2 样品结果计算
六、问题与讨论
1．电感耦合等离子体发射光谱仪对样品有何要求？样品应如何进行预处理？
2. 水样重金属元素含量分析中，试剂空白实验和加标回收实验的目的分别是什么？实验如何进行？
3．根据实验内容，简述水样中重金属分析从预处理到电感耦合等离子体发射光谱分析的全过程。

4．参考我国污水综合排放标准，根据实验结果简单分析废水中各元素的含量特点？。