CN111443078A - 一种同时检测氯化亚铁中痕量As、Pb、Cd、Zn、Cr元素含量的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种同时检测氯化亚铁中痕量As、Pb、Cd、Zn、Cr元素含量的方法；该方法包括：(1)样品前处理：称取2‑10g氯化亚铁样品，加入20‑50mL优级纯盐酸，加入适量氧化剂并加热至样品溶解和氯化亚铁氧化完全，将待测样品转移至分液漏斗中，加入10‑30mL乙酸丁酯，萃取3‑5次将Fe3+萃取干净，取水层，水浴富集至5‑20mL，将样品溶液转移至25mL容量瓶中，定容摇匀，同时做空白；(2)选择元素谱线；(3)绘制标准曲线；(4)检测试样：将试样溶液通过进样系统引入ICP‑OES，测定各元素所对应的发射光强度，根据标准曲线确定各元素含量。本发明方法所得各元素标准曲线线性关系良好，检出限低，对各元素含量的测定具有高的准确度和精密度，可用于标准样品和生产产品的分析。
Description
技术领域
本发明涉及元素分析技术领域，尤其涉及同时检测氯化亚铁中As、Pb、Cd、 Zn、Cr元素含量的方法，具体涉及一种利用电感耦合等离子体发射光谱仪 (ICP-OES)同时检测氯化亚铁中As、Pb、Cd、Zn、Cr等痕量元素含量的方法。
背景技术
氯化亚铁作为水处理剂和工业产品，需要限制和检测其中对人体、水体、环境有害的重金属元素。在《HG/T4538-2013水处理剂氯化亚铁》中测试As时，采用砷斑法，测试Pb、Cd、Zn、Cr时使用原子吸收分光光度计，样品测试每种元素时，都需要单独配制标液和样品，使得操作复杂繁琐，步骤冗长、耗时耗力、效率低下，因此，开发新的测试方法很有必要。
电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-OES)具有检出限低、基体效应小、精密度高、灵敏度高、线性范围宽(可达105)，以及多种元素可同时测定等优点，作为实验室常规分析仪器，可以开发同时检测氯化亚铁中多种痕量重金属的方法。直接测试氯化亚铁中的As、Pb、Cd、Zn、Cr等痕量元素时，由于铁基体含量太高，痕量元素的含量太低，会导致测试时背景偏高、背景断开、主峰拉高、主峰漂移、主峰断峰等光谱干扰现象，使测试结果出现较大偏差，无法直接测试氯化亚铁中痕量的As、Pb、Cd、Zn、Cr等元素，所以需要将铁基体分离，且分离过程不能引入或损失重金属。
发明内容
本发明的目的在于针对现有检测方法的不足，提供了一种利用电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-OES)同时检测氯化亚铁中痕量As、Pb、Cd、Zn、Cr元素含量的方法，该方法具有较高的准确度和精密度。
为解决以上技术问题，本发明采用如下的技术方案：
一种利用ICP-OES同时检测氯化亚铁中痕量As、Pb、Cd、Zn、Cr元素含量的方法，包括如下步骤：
(1)样品前处理：称取2-10g样品于100mL的烧杯中，加入20-50mL优级纯盐酸、加入适量氧化剂并加热至样品溶解和样品里的氯化亚铁氧化完全，将待测样品转移至分液漏斗中，加入10-30mL乙酸丁酯，萃取3-5次，将Fe3+萃取干净，取水层，水浴富集至5-20mL，将样品溶液转移至25mL容量瓶中，加蒸馏水定容摇匀，同时做空白；
(2)选择元素谱线：根据试样的基体组成及杂质成分选择各元素的最佳分析谱线；
(3)绘制标准曲线：配制As、Pb、Cd、Zn、Cr的标准溶液，将标准溶液通过进样系统引入电感耦合等离子体发射光谱仪，测定各元素在最佳分析谱线下的发射光强度，绘制标准曲线；
(4)检测试样：将步骤(1)试样溶液通过进样系统引入电感耦合等离子发射光谱仪，测定As、Pb、Cd、Zn、Cr所对应的发射光强度，根据标准曲线确定各元素的含量；
(5)其中步骤(3)和步骤(4)所述电感耦合等离子体发射光谱仪的工作条件为：射频功率950-1500W，泵速30-80r/min，辅助气流量0.5-1.5L/min，雾化器流量0.5-1.5L/min，观测高度10-15mm，积分时间30S。
本发明方法的步骤(1)中氧化剂的纯度为优级纯；优选的，所述蒸馏水为符合GB/T6682中规定的一级水。步骤(1)中所述样品质量为2-10g，根据样品中的杂质元素的含量而定，杂质含量高时选择称取少质量，样品中杂质元素低时称取较多样品；由于Fe2+很难被萃取，萃取前需要加硝酸、双氧水、氯酸钠等氧化剂将氯化亚铁氧化完全；Fe3+必须在强酸性条件下络合成[FeCl4]-才能被乙酸丁酯萃取，样品和盐酸的比例越低越有利于样品的溶解和萃取；样品和盐酸的用量与乙酸丁酯的用量比例越小越有利于Fe3+被萃取干净；由于添加大量高浓度的盐酸，为了保护ICP-OES和富集样品，需要蒸发浓缩样品，选择水浴的方式减少杂质元素的挥发，优选的100℃水浴以缩短检测时间。
本发明方法的步骤(2)中所述，由于是检测痕量元素，在仪器推荐的谱线中应选择灵敏度高、干扰小、背景低、线性系数好的谱线作为分析谱线，各元素最佳谱线为：As:193.759nm、Pb:220.3nm、Cd:214.43nm、Zn:213.856nm、 Cr:267.72nm。
本发明方法的步骤(3)中所述配制标准溶液所选定的各元素的浓度梯度均为：0mg/L、0.006mg/L、0.03mg/L、0.15mg/L、0.6mg/L、1.5mg/L。
本发明为了达到测定氯化亚铁样品中痕量元素的目的，试验优选了射频功率1150W，泵速50r/min，辅助气流量0.5L/min，雾化器流量0.65L/min，观测高度 12cm，积分时间30S等关键仪器工作参数，确保检测准确度和精确度。
本发明将氯化亚铁用硝酸、双氧水、氯酸钠等氧化剂氧化成三氯化铁，利用乙酸丁酯将Fe3+萃取分离，由于在盐酸体系中乙酸丁酯对Fe3+的选择性很强，只能将Fe3+萃取而其余重金属元素不被萃取，从而分离大量的铁基体而不影响其余重金属的测试。将样品去除铁基体后上机测试，样品峰形图与标液峰形图吻合，光谱干扰消除。经验证，该方法具有较高准确度和精密度，可以同时检测氯化亚铁中的As、Pb、Cd、Zn、Cr等多种痕量元素。
综上，本发明具有以下有益效果：
1、萃取分离铁基体，有效消除了铁基体导致的光谱干扰，降低方法检出限，创立了利用电感耦合等离子体发射光谱仪同时测定氯化亚铁中多种痕量元素的方法，缩短了检测时间，提高工作效率。
2、本发明通过控制关键仪器工作参数，获得的各元素标准曲线对应的线性相关系数分别为：As：0.999942、Pb：0.999956、Cd：0.999997、Zn：0.999999、 Cr：0.999997，线性相关系数均在0.9999以上，可以确保检测的精度和准确度，可用于标准样品和生产试样的分析。
3、实验过程中所使用的试剂相对安全，未使用危害性大的化学试剂，增加了实验的安全性、不造成环境污染，比较环保。
具体实施方式
下面将结合具体实施例对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
实施例
1、仪器设备和工作条件
使用仪器：ICAP7000型全谱直读电感耦合等离子体发射光谱仪(美国赛默飞世尔公司)。仪器优选工作条件为：射频功率1150W，泵速50r/min，辅助气流量0.5L/min，雾化器流量0.65L/min，观测高度12mm，积分时间30S。
2、主要试剂和标准溶液
样品前处理时所使用的试剂，使用前均应检查是否含有待测金属元素。
在本发明中实验用水为符合GB/T6682中规定的一级水。
盐酸：优级纯；
硝酸：优级纯；
双氧水：分析纯；
氯酸钠：分析纯；
乙酸丁酯：分析纯；
ICP专用混合标液：浓度为30mg/L[上海市计量测试技术研究院 GBW(E)080672]。
3、对氯化亚铁中As、Pb、Cd、Zn、Cr元素含量的检测。
4、本发明利用电感耦合等离子体发射光谱仪对氯化亚铁中As、Pb、Cd、Zn、 Cr元素含量进行同时检测，所述检测方法包括以下步骤：
(1)样品前处理
称取固体氯化亚铁10g、液体氯化亚铁15-20g，加入40mL优级纯盐酸，加入20mL优级纯硝酸，在电炉上缓慢加热至固体溶解和氯化亚铁氧化完全，用30 mL乙酸丁酯萃取四次，取水层，同时做空白，100℃水浴至5-10mL，冷却后转移至25mL容量瓶中定容摇匀，制得未知样品1#、2#、3#、4#，试剂空白为0#；
(2)选择元素谱线
基于试样的杂质组成，在仪器推荐的谱线中选择灵敏度高、干扰小、背景低、线性系数好的谱线作为分析谱线。最终选定的各元素的最佳分析谱线为：As 193.759nm、Pb220.35nm、Cd214.43 nm、Zn 213.856nm、Cr 267.71nm。
(3)标准曲线的绘制
由于样品制备时已经根据样品中含量的浓度稀释至合适的倍数，可用ICP专用混合标液，浓度为30mg/L[上海市计量测试技术研究院GBW(E)080672]，配制As、Pb、Cd、Zn、Cr浓度均为0.0mg/L，0.006mg/L，0.03mg/L，0.15mg/L， 0.6mg/L，1.5mg/L的混合标准溶液。利用进样系统将系列标准溶液引入仪器中进行测定，以各元素的浓度为横坐标，以各元素的强度为纵坐标绘制标准曲线。不同元素标准曲线中各元素浓度以及标准曲线相关系数如表1所示。
表1不同元素标准曲线浓度及相关系数
由结果可以看出，本测试方法所得的五种元素As、Pb、Cd、Zn、Cr标准曲线的相关系数在0.999942-0.999999范围内，线性关系良好，能够满足检测分析中对标准曲线线性相关系数在0.9999以上的要求。
(4)检测试样
将步骤(1)制得的未知样和试剂空白引入ICAP7000型电感耦合等离子体发射光谱仪，使用Qtegra软件进行测试，设置仪器参数为：
射频功率：1150W
等离子气体流量：1.0L/min
冷却气流量：12L/min
载气流量：0.5L/min
辅助气流量：0.5L/min
雾化器流量：0.65L/min
信号采集时间：30s
观测高度：12mm
重复次数：3次
A.方法检出限测试
为了验证方法的可行性，对仪器进行检出限测试，测试方法为：仪器测完系列标准溶液后，测试10次样品空白，计算其标准偏差，3倍的标准偏差即为方法的检出限，测试结果见表2
表2不同元素的方法检出限
各待测样品及标准物质的试液浓度均在方法检出限以上，且工作曲线的线性相关均在0.9999以上，保证了测试方法的准确度和精密度。
B.准确度试验
试剂空白液作为实验对照，测定各元素在相应谱线的发射光强度，根据标准曲线确定各元素的含量，计算出待测样中各元素的含量。
利用各元素的标准物质的实测值与认定值进行比较来评价本发明本发明检测方法的准确度，实验结果如表3所示。
表3准确度试验
检测结果显示，标准物质的实际测量结果与认定值之间的偏差在误差范围内，其方法准确度可满足分析需要。
C.精密度试验
在同一台仪器，由同一人测定同一样品次数不少于11次，确定室内标准偏差和室内重复性。
通过精密度试验对本发明方法进行评价，对未知样测得的结果如表4所示。
表4精密度试验(n＝12)
由表4可见本方法所有元素相对标准偏差均小于1.2％，具有较高的精密度，完全可以满足分析需要。
D.加标回收率试验
利用未知样和标准物质进行准确度试验，对该测试方法进行评价，试验结果如表5所示。
表5加标回收率试验
表5的检测数据可以看出，标准样品以及未知样品中不同浓度梯度的检测元素回收率在96.40-108.55％之间，这再次证明了本方法具有很高的准确度。
以上实验数据表明，本方法可以利用电感耦合等离子体发射光谱仪同时检测氯化亚铁中As、Pb、Cd、Zn、Cr元素的含量，但不仅限于本发明提到的五种元素。本方法具有较高的准确度，加标回收率试验回收率为96.40-108.55％，相对标准偏差小于1.2％，并且稳定性好，精密度高，可同时测定多种痕量元素，可用于标准样品和未知样品试样的分析，具有推广价值。
申请人声明，本发明提供的是一种氯化亚铁中痕量重金属的测试方法，不仅限于发明中提及的五种元素，还包括能用电感耦合等离子体发射光谱仪测试的其他元素。乙醚可以替代本发明方法中的萃取剂乙酸丁酯，由于其毒性大而本发明不选用，但其作用应属于本发明的保护范围内。本发明通过上述实施例来说明本发明的详细方法，但本发明并不局限于上述详细方法，即不意味着本发明必须依赖上述详细方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明方法中各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围内。
Claims (7)
1.一种同时检测氯化亚铁中痕量As、Pb、Cd、Zn、Cr元素含量的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)样品前处理：称取2-10g样品于100mL的烧杯中，加入20-50mL优级纯盐酸、加入适量氧化剂并加热至样品溶解和样品里的氯化亚铁氧化完全，将待测样品转移至分液漏斗中，加入10-30mL乙酸丁酯，萃取3-5次，将Fe3+萃取干净，取水层，水浴富集至5-20mL，将样品溶液转移至25mL容量瓶中，加蒸馏水定容摇匀，同时做空白；
(2)选择元素谱线：根据试样的基体组成及杂质成分选择各元素的最佳分析谱线；
(3)绘制标准曲线：配制As、Pb、Cd、Zn、Cr的标准溶液，将标准溶液通过进样系统引入电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-OES)，测定各元素在最佳分析谱线下的发射光强度，绘制标准曲线；
(4)检测试样：将步骤(1)试样溶液通过进样系统引入电感耦合等离子发射光谱仪，测定As、Pb、Cd、Zn、Cr所对应的发射光强度，根据标准曲线确定各元素的含量；
(5)其中步骤(3)和步骤(4)所述电感耦合等离子体发射光谱仪的工作条件为：射频功率950-1500W，泵速30-80r/min，辅助气流量0.5-1.5L/min，雾化器流量0.5-1.5L/min，观测高度10-15mm，积分时间30S。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(1)中所述氧化剂为优级纯硝酸、双氧水、氯酸钠中的一种。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(1)中所述水浴富集温度为100℃。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于：所述蒸馏水为符合GB/T6682中规定的一级水。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(2)中各元素最佳谱线为：As:193.759nm、Pb:220.3nm、Cd:214.43nm、Zn:213.856nm、Cr:267.72nm。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤(3)中配制的As、Pb、Cd、Zn、Cr标准溶液浓度梯度均为：0mg/L、0.006mg/L、0.03mg/L、0.15mg/L、0.6mg/L、1.5mg/L。
7.如权利要求1-6任一项所述的方法，其特征在于：所用的电感耦合等离子体发射光谱仪为美国赛默飞世尔的ICAP7000型全谱直读电感耦合等离子体发射光谱仪。
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