微波消解-原子荧光光谱法测定电池中的汞实验报告.docx

微波消解-原子荧光光谱法测定电池中的汞微波消解-原子荧光光谱法测定电池中的汞摘要 本实验采用原子荧光光谱法，以空心阴极灯为光源，微波辅助消解电池样品0.4523 g，通过制作校准曲线，定量分析样品中汞的含量。最终测得电池样品中汞的含量为0.34 gg-1，符合国家关于电池中汞含量的相关标准。本实验方法具有操作简单，进样量少，灵敏度高，定量准确迅速的优点。关键词 原子荧光光谱法 微波辅助 校准曲线 汞 1. 引言 汞为银白色液态金属，常温下唯一的液体金属，沸点较低，常温下即有蒸发。游离存在于自然界并存在于辰砂、甘汞及其他几种矿中。由于汞低沸点、易挥发的性质，接触含汞物质时，若处理不当，挥发的汞蒸气很容易被人体吸收。在生产条件下，金属汞主要以蒸气形式经呼吸道进入人体，其进入人体的量占吸入量的80%左右，也可经皮肤进入人体。当人体吸收汞的量达到一定程度时，就会引起汞中毒。汞中毒分为急性和慢性两种，以慢性多见，主要发生在生产活动中，长期吸入汞蒸气和汞化合物粉尘所致。以精神-神经异常、齿龈炎、震颤为主要症状。大剂量汞蒸气吸入或汞化合物摄入即发生急性汞中毒。对汞过敏者，即使局部涂沫汞油基质制剂，亦可发生中毒。急性中毒有腹痛、腹泻、血尿等症状。1汞在工业上广泛应用于金属冶炼、颜料、炸药、农药、仪器制备等领域。广泛的应用也带来了严重的污染，汞污染的不断加剧对人类和环境造成了极大地伤害。土壤、空气和水体中的汞都会自然界的生物造成伤害，破坏生态平衡，并且通过食物链的富集，对人类健康造成伤害。汞常作为电池的原料，如果长时间不使用，电池里所含的酸、碱等腐蚀性物质就会破坏外壁，导致汞泄漏。所以，对电池中汞含量的测定对于保护环境，维持生态平衡，维护人类健康有着重要的意义。2目前，测定汞的方法有双硫腙分光光度法3、原子吸收分光光度法4、电感耦合等离子体原子发射光谱法5、冷原子蒸气发生-原子荧光光谱法6。传统的样品前处理方法是将样品置普通的电热板上加酸敞口消解。这种方法存在着步骤多、耗时长、酸消耗量大、汞易挥发易损失以及酸烟易污染操作环境等问题，而且处理过程中需要大量人为判断，对操作者的经验有较强的依赖性，所以其重复性相对较差。本实验选择微波消解密闭体系消解样品，该技术具有化学反应快、试剂用量少、交叉污染少、工作效率高、操作简便和节能等优势。采用微波消解原子荧光光谱法，测定电池样品中的汞含量，具有操作简单，进样量少，检出限低，准确度高，定量准确迅速的优点。2.实验部分2.1仪器与试剂仪器AF2-2202a行双道原子荧光光度计(北京)；25 mL比色管；5 mL吸量管；100 mL烧杯；滴管试剂汞标准储备液(1 mg mL-1)；中间液(含Hg2+10.0 gmL-1)；使用液(含Hg2+0.010 gmL-1)；1NaBH4；5HNO3仪器工作条件表1 仪器条件元 素光电倍增管负高电压/V原子化器温度/原子化器高度/mm灯电流/mA载气流量/mL min-1屏蔽气流量/mL min-1Hg3002008104001000表2 测量条件读数时间/s延迟时间/s注入量/mL重复次数空白判别值标准校正点标准频率测量方式读数方式分析液单位100.50.511010TestPeak areamgL-1表3 断流程序步 骤时间/s泵转速/rpm读 数160No210100No360No416130Yes2.2实验步骤2.2. 1标准溶液的配制分别吸取1.0 mL、 1.5 mL、 2.0 mL、 2.5 mL汞标准使用液于4个25 mL的比色管中，用5HNO3溶液稀释至刻度，摇匀。向100 mL的小烧杯中加入约30 mL5HNO3溶液，作为试剂空白样品。2.2. 2制作分析校准曲线按前表中的参数对原子荧光光度计进行设定，先进行试剂空白样品测量，再按由稀到浓的顺序依次测量不同浓度的样品溶液，平行测定三次，记录测得的荧光强度，舍去第一组数据，后两组取平均值对浓度作图，制作分析校准曲线。2.2. 3样品测定在与分析校准曲线相同条件下测定样品的荧光强度，并由制得的分析校准曲线计算样品中汞的含量。73实验结果与讨论3.1汞的分析校正曲线实验测得的各浓度溶液的荧光强度如下表所示表4 不同浓度溶液的荧光强度浓度C/gL-1荧光强度值If平均值0.0400.0400.4400.20.451.553.052.20.686.390.488.40.8109.7113.5111.61.0129.1125.6127.43.2校准曲线的绘制将表1的数据在Origin软件中以荧光强度If对浓度C作图，制作分析校准曲线如图1所示：图1.Hg的校准曲线得到拟合曲线方程为：If 124.3C/gL-17.895；相关系数R20.9507。拟合效果比较差，原因应该是仪器使用时间过长，工作状态不稳定，测量误差较大造成的。3.3样品汞浓度的测量 在相同的测量条件下，对样品溶液进行测量，得到样品的荧光强度If 46.4，将其代入校正曲线方程，计算得到样品溶液中汞的含量为：C/gL-1(If 7.895)/ 124.3 (46.47.895)/ 124.3 gL-10.31 gL-1样品溶液制备时，使用了电池0.4523 g，定容至500 mL，则电池中汞的含量为：C/gg-1 0.31 gL-10.5 L/0.4523 g 0.34 gg-1根据国家标准GB24428-2009中规定：无汞电池中汞的含量0.005mgg-1，含汞电池的汞含量20mgg-1。实验结果表明，实验所检测的电池样品符合国家无汞电池的标准。84结果讨论4.1比较原子荧光光度计和原子吸收分光光度计在结构上的异同点，并解释原因。相同点：(1) 两者的基本结构是相同的，都有光源、原子化器、色散系统、检测器、信号处理与显示记录等部件。(2) 工作的原理也有相似的地方，都是先将待测物原子化，在通过热或电的形式提供能量，将待测物从基态激发到激发态，利用这个过程中待测物吸收或发射的特征光，进行定性和定量的分析。(3) 两种光谱分析方法都具有一些共同的优点。例如，检出限低，灵敏度高；分析速度快；需要样品量少；定量准确等等。(4) 两者的原子化器相同，都是使用火焰原子化器。不同点：(1) 信号检测原理不同。原子吸收光谱是通过检测待测物从基态到激发态吸收的特征光，来实现定性定量分析；而原子发射光谱是检测物从激发态回到基态过程中发射的特征光。(2) 两者使用的光源不同。为了达到较好的检测效果，原子吸收光谱采用锐线光源，如空心阴极灯；而原子荧光光谱则可使用连续光源，也可使用锐线光源。(3) 光源的位置不同。为了避免激发光源发射的辐射对待测物的原子荧光检测信号造成干扰，原子荧光光谱仪中激发光源与检测器为直角装置；而原子吸收光谱的激发光源与检测器是在同一直线上。(4) 原子荧光光谱可同时检测多个元素，而原子吸收光谱只能每次检测一种元素，且一种元素对应一种空心阴极灯。(5) 两者的色散元件不同。原子吸收光谱采用光栅；原子荧光光谱采用光栅或滤光器。(6) 检测器不同。原子吸收光谱采用光电倍增管，而原子荧光光谱采用光电倍增管或是盲光电倍增管。4.2请分析测量噪声或本底值偏大的可能原因，并找出解决办法。测量噪声或本底值偏大的原因有很多，概括来讲，可以分为仪器和样品两方面的因素：(1) 仪器：如果仪器不稳定，空心阴极灯预热的时间不够，都会使得仪器运行不正常，造成噪声偏大。(2) 样品：有可能是因为溶剂的选择不合适，造成噪声偏大，可以更换其它溶剂，排除溶剂干扰。另一方面，当载流流速固定时，还原剂的浓度过大，会使反应生成的氢气量过大，火焰噪声明显增加。4.3仪器主机工作正常，但荧光强度数值变化较小或无变化，是什么原因造成的？如何解决? 仪器主机工作正常，则应该排除仪器自身的问题，问题应该在样品溶液或是仪器的工作条件不正常造成的。一方面，可以更换样品溶液，检验是否是溶液出现问题。另一方面，检查仪器的工作条件是否正常，例如载气流量是否合适，还原剂的量是否足够。另外，还要排除上一组测试带来的干扰，即管路中清洗液HNO3的用量是否足够，增加其用量观察荧光强度数值的变化。4.4本实验采用何种气体作载气？为什么？本实验采用氩气作为载气。载气的作用是将样品蒸气代入原子化器进行原子化，而采用氩气作为载气，是因为氩气是惰性气体，不会产生基体干扰。另外氩气还作为屏蔽气，稀释火焰，减少荧光猝灭。4.5如果试样中同时存在有机汞和无机汞，如何分别测量？可以先用原子荧光测定样品中的无机汞，再将有机汞转化为无机汞，测定有机汞和无机汞的总含量，将总含量减去无机汞含量即可得到有机汞。可采用溴化剂作为有机汞的消解液，将其转化为无机汞。5结论：本实验采用微波消解电池样品，用原子荧光光谱法对样品溶液中的汞含量进行分析。测得样品中汞的含量为0.34 gg-1。根据相关规定，电池样品中汞含量符合国家无汞电池的相关标准。本实验方法具有操作简单，进样量少，准确度高，定量准确迅速，成本低，可同时多元素检测的优点。参考文献1 万双秀，王俊东. 汞对人体神经的毒性及其危害. 微量元素与健康研究，2005，22(2)：67-69.2 孙淑兰. 汞的来源、特性、用途及对环境的污染和对人类健康的危害. 上海计量测试，2006，35(6)：6-93 陈建平. 双硫腙分光光度法测定十味扶正颗粒中汞含量. 药物鉴定，2007，16(20)：36-374 张建勋. 微波消解原子吸收法井水中汞含量测定. 河南化工，2010，27 (5)：75 -765 王琳，黄晶，董铮. 微波消解ICP-M