火焰原子吸收光谱法测定污水中的铜实验报告.docx

火焰原子吸收光谱法测定污水中的铜火焰原子吸收光谱法测定污水中的铜摘要 本实验采用火焰原子吸收光谱法，以空心阴极灯为光源，通过制作校准曲线，定量分析废水样品中铜的含量。并通过实验研究该方法的最佳实验条件，同时测定该分析方法的灵敏度、检出限和精密度。最终测得废水样品中铜的含量为0.70 gmL-1，符合国家关于废水排放标准中铜含量的二级标准；灵敏度为0.17 gmL-1/1%，检出限为0.04 gmL-1，精密度为5.3%。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，成本低的优点。关键词 火焰原子吸收光谱法 校准曲线 废水 铜 Determination of Cu in Wastewater by Flame Atomic Absorption SpectrotometryCHEN Jia-jun(School of Chemistry and Chemical Engineering, Sun Yat-Sen University, Guangzhou, 510275)Abstract Copper content in the wastewater sample was determined by Flame Atomic Absorption Spectrotometry. Different experimental conditions were adjusted to confirm apparatuss optimal experimental and analytic state. Response rate, detection limit, RSD and accuracy of the analytical method were explored through a series of tests in terms of normal and experimental sample. Experimental results showed that copper content of the wastewater sample is 0.70 gmL-1, the response rate is 0.17 gmL-1/1%, the detection limit is 0.04 gmL-1 and RSD is 5.3%. This method has many advantages such as sensitive, accurate, low cost and so on.Keyword FAAS Wastewater Copper content Determine 1. 引言 铜是一种带有紫红色光泽的过渡金属。是人类发现最早的金属之一，也是最好的纯金属之一，稍硬、极坚韧、耐磨损。还有很好的延展性。导热和导电性能较好。铜和它的一些合金有较好的耐腐蚀能力，在干燥的空气里很稳定。铜优异的性能使得其在工业生产、日常生活中的应用十分广泛。铜也是人体必需的金属元素之一，与人体的造血功能、抗氧化功能有着密切的关系。此外，一些含铜的酶如赖氨酰氧化酶、络氨酸酶等对人体的生理功能也有较大的作用。当人体内缺铜时，脑细胞中色素氧化酶减少，活力下降，从而使人出现记忆力减退、思维混乱、反应迟钝、步态不稳、运动失常等。但过量的铜对人体有毒害作用，体内铜离子太多，而在血液、肝、肾和脑中蓄积，便会损伤细胞膜、使血红蛋白变性，并抑制一些酶的活性，造成溶血性贫血、肝和肾坏死、神经失常、红细胞破裂，甚至死亡。1近些年来，随着工业的迅猛发展，环境的重金属污染，尤其是水体的重金属污染愈发严重。铜作为一种应用广泛的金属，在重金属污染中占有重要地位。土壤、空气和水体中的铜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。所以，对废水中铜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。目前，测定铜的方法有双硫腙分光光度法2、反相流动注射催化光度法3、石墨炉原子吸收法4、电感耦合等离子体原子发射光谱法5、电位滴定法6。这些方法使用试剂较多，操作繁琐，成本较高。本实验采用火焰原子吸收光谱法，测定废水样品中的铜含量，具有操作简单，进样量少，检出限低，定量准确迅速，成本低的优点。2.实验部分2.1仪器与试剂仪器日立Z-2000火焰/石墨炉原子吸收分光光度计，Cu空心阴极灯，仪器工作参数见表1。25 mL比色管，吸量管：2 mL1支，0.2 mL1支。表1 仪器工作参数元素波长/nm灯电流/mA狭缝宽/nm读数延时/s阻尼/s火焰性质Cu324.87.50.202贫燃焰试剂Cu使用液：50 gmL-1，1+1HNO3溶液2.2实验步骤2.2. 1制作校准曲线在4个25mL比色管中，各加入2滴1+1HNO3，按表1的量配制标准系列溶液，用去离子水稀释至刻度，摇匀后进行测定，记录数据。表2 标准系列溶液的配制方法元素使用液浓度/gmL-1加入使用液的体积/mLCu50.00.000.400.801.200.200.400.602.2. 2 灵敏度、检出限和精密度的测定在9支25 mL比色管中，各加入0.10 mL铜50 gmL-1的标准溶液，用去离子水定容，摇匀，配成浓度为0.20 gmL-1铜标准溶液。在相同的实验条件下，分别测定铜标准溶液的吸光度，记录数据，根据相应公式计算仪器的灵敏度、检出限和精密度。2.2. 3提升量测定在维持仪器正常工作的前提下，用小量筒量取10 mL的纯水，将进样管插进量筒中，30 s后将其拔出，计算仪器30 s吸入纯水的体积。73实验结果与讨论3.1校准曲线绘制实验测得的各浓度溶液的吸光度如下表所示表3 不同浓度标准溶液的吸光度c/gmL-1RSD%ABSREF0.000.00040.00130.401.770.01130.01040.800.480.02100.01641.201.300.03080.0236由表中数据，在Origin软件中以吸光度对浓度作图，得到校准曲线如图1所示。图1 铜的校准曲线得到校准曲线方程为：ABS=0.02523c/gmL-1+0.00074；相关系数R=0.9996，线性拟合的效果较好。3.2废水样品含铜量的测定测得废水样品的吸光度ABS=0.0168，代入铜的校准曲线ABS=0.02523c/gmL-1+0.00074中，计算得到废水样品中铜的含量为：c=(0.0168+0.00074)/0.02523 gmL-1=0.70 gmL-1废水中的铜的含量为0.70 mgL-1。国家废水综合排放标准(GB8978-1996)中对废水中铜含量的规定如下： 表4 总铜最高允许排放浓度 mgL-1元素一级标准二级标准三级标准Cu0.51.02.0根据此规定，废水样品中的铜含量符合国家二级排放标准。83.3特征浓度计算 由校准曲线方程得，校准曲线的斜率S=0.02523，故特征浓度co为：co= 0.0044/S = 0.0044/0.02523 = 0.17 gmL-1/1%3.4检出限计算实验测定9组浓度为0.20 gmL-1的溶液的吸光度如下表所示：表5 标准溶液的吸光度标准溶液123456789浓度c/gmL-10.210.210.210.210.200.200.210.190.21吸光度/10-36.06.05.96.1575.86.15.66.0平均值/10-35.9根据上表数据计算得到标准偏差= 3.110-4，已知校准曲线的斜率S= 0.02523，所以检出限DL为：DL= 3/S = 33.110-4/0.02523 gmL-1= 0.04 gmL-13.5精密度计算由上述数据计算相对标准偏差RSD为：RSD = /A100% = 3.110-4/5.910-3100% = 5.3%3.6雾化器提升量测量经测量，雾化器30 s内提升的水量为2.61 mL，即1 min的吸水量为5.22 mL。4结果讨论4.1仪器开、关的操作顺序是什么？为什么？仪器开、关的顺序如下：(1) 检查所有电路，气路，水压等工作环境是否正常；(2) 一切正常后，开总电闸，打开仪器总开关；(3) 选择所分析元素的空心阴极灯，预热2030分钟；(4) 打开计算机，输入所分析元素的各种参数；(5) 打开空气泵和冷却水开关；(6) 打开乙炔气瓶，点火测量样品；(7) 按乙炔空气水的步骤将仪器关掉。实验时，先通空气后通乙炔，先断乙炔后断空气；先开冷却水后点火，先关火后关冷却水。如果开机顺序不对，可能出现COM口被占用，无法联机的现象，甚至损伤或烧毁电气设备，发生严重的安全事故。4.2原子吸收分光光度计为何采用空心阴极灯作光源？因为原子吸收光谱法需要锐线光源，而空心阴极灯能够提供锐线光源。在温度不太高的稳定火焰条件下，峰值吸收系数与火焰中被测元素的原子浓度成正比。只要测出峰值吸收系数Ko，就可以得到原子浓度。锐线光源是发射线半宽度远小于吸收线半宽度的光源，发射线与吸收线的中心频率一致，在发射线中心频率很窄的范围内，吸收系数可近似地看做是常数，也即中心频率处的吸收系数Ko。但在实际分析工作中，不直接测定峰值吸收Ko，而是测量吸光度来求出试样中被测元素的含量。4.3影响火焰原子吸收光度测定的主要因素有哪些？如何获得最佳分析结果？影响火焰原子吸收光度测定的因素可以分为两个方面：(1) 仪器参数的设定。如分析波长的选择、灯电流、火焰类型-燃比的选择、燃烧器的高度以及雾化器提升量等参数的设定是否合适，都会对测定造成很大的影响。通常选择最灵敏线作为测量波长；灯电流低，不会产生自吸变宽，但灵敏度低，灯电流高，灵敏度高但误差大；喷雾器则要求：喷雾量多，雾滴细而均匀。这些参数的最佳值都可以通过相应的实验来确定，提升仪器的性能也能达到好的分析结果。(2) 样品测定过程中的操作误差。例如在配制标准溶液时，带来的误差；重复测量带来的重现性的问题；由于仪器精度的限制带来实验结果的偏差等。这些因素可以通过改进实验方法，提高实验人员的操作技巧来改善。4.4仪器在静态条件(未点火)及动态条件下，吸光度和能量不稳定的可能原因有哪些？如何解决？仪器在静态条件下吸光度和能量不稳定的原因：(1) 首先，应先检查仪器的工作电压是否稳定，对于较为精密的仪器，工作电压的稍微变动都会造成仪器工作状态的不稳定。可安装稳压器解决。(2) 然后，检查仪器周围是否有强磁场的干扰，关掉周围的干扰仪器即可。(3) 检查仪器工作元件是否正常运转。例如空心阴极灯是否老化或已损坏，更换新的灯进行对比。(4) 检查工作参数的设置是否合理。例如灯电流是否合适，灯电流太小会造成空心阴极灯放电不稳定，可适当增大灯电流；狭缝宽度的选择是否合理，在保持测量灵敏度较高，线形范围较宽的条件下，以选择较大的狭缝宽度，但对于谱线较复杂的元素，则应该选择较小的狭缝宽度，以克服次灵敏线的影响，得到稳定的结果。(5) 检查仪器的工作温度是否过高。如果仪器散热不好或者室温较高，都会造成工作元件散热不良，无法正常工作。可安装空调，调节室温。仪器在动态条件下吸光度和能量不稳定的原因：(1) 首先，应确定燃气是否纯净。若燃气不纯，会由于杂质的干扰造成吸光度不稳定。应更换新的气瓶或在进气前对燃气进行前期处理。(2) 其次，检查燃气气流是否稳定，如果燃气气流不稳就会造成火焰温度的波动，对测量结果造成较大的影响。检查是否有漏气、气路堵塞的现象，予与排除。(3) 然后检查燃烧缝是否干净。若燃烧缝被难溶沉积物堵塞，会造成火焰不规则变化。清除狭缝中的沉积物即可排除。(4) 维持仪器工作环境的稳定。避免环境温度大幅度的变动，减少火焰燃烧区域周围的空气流通。(5) 如果空白溶液使用时间太长，干扰较大，也会造成测定结果的不稳定。要定期更换空白溶液。4.5雾化器的提升量和雾化效率为什么会影响分析方法的灵敏度？分析方法的灵敏度与样品的原子化效率有关。在相同检出限的前提下，原子化效率高的仪器能够检测出浓度更低的样品溶液，即具有更高的灵敏度。而原子化效率跟雾化器的提升量以及雾化效率有关。在相同的雾化效率条件下，提升量越大，原子化的量就越多，灵敏度也就越高。而在保证提升量一样的前提下，雾化效率越高，原子化的效果就越好，灵敏度也就越高。4.6调节燃烧器的位置应达到什么目的？燃烧器高度影响着测定的灵敏度、稳定度和受外界干扰的程度，因此调节合适的燃烧器高度对实验结果的准确测定十分重要。因为在火焰中基态原子的浓度是不均匀的，因此，应使光束通过火焰中原子浓度最高的区域。元素的性质不同，其在火焰中基态原子的分布也不同，可以通过变化燃烧器的位置，选择合适的高度。4.7富燃性火焰适合于哪些元素分析？举例说明，并解释原因。富燃性火焰特点是燃烧不完全，温度略低于化学计量火焰，具有还原性，干扰较多。对于易生成难离解氧化物的元素，如Al、Ba、Be、B、Ca、Cr等，由于生成的氧化物较难离解，原子化效果差，因此应尽量避免生成氧化物，这类元素就适用于使用富燃性火焰测定。4.8原子吸收定量分析时为什么要采用标准溶液浓度校准？原子吸收定量分析是通过测定样品的吸光度来求出试样中被测元素的含量。其依据的理论是由朗伯-比尔定律推导出来的吸光度与浓度关系式：A=Kc 式中，K为比例常数，在保证测量条件相同的前提下，比例常数K为定值。采用标准溶液浓度校准就是为了求出比例常数K值，在通过测量样品的吸光度，计算出待测元素的含量。本实验是通过测定不同浓度的标准溶液，绘制标准曲线，再测量样品的吸光度，求出待测元素的浓度。4.9污水中重金属分析为什么要进行消化处理？消化处理的作用有以下几点：(1) 将废水样品中不同形态的重金属，如络合态等转化为离子态，有助于样品中重金属总含量的准确测定。(2) 废水样品中可能含有一定量的有机物，会对样品的测定带来干扰，可通过消化除去。(3) 经消化处理后可使试液的介质与标准溶液保持一致，从而保证测定的准确性以及重现性。4.10为什么有高的灵敏度不一定有低的检出限？在原子吸收分析中，特征浓度与灵敏度如何区别？灵敏度是指某方法对单位浓度或单位量待测物质变化所产生的响应值的变化程度，在原子吸收分析中，常用“特征浓度”来表示其方法的灵敏度，即产生1%吸收所对应的浓度。而检出限是指某种特定分析方法在给定的置信度内可以从试样中检出待测物质的最小浓度，与灵敏度不同，检出限要考虑噪音的影响，如在本实验中，检出限是指能够以95%的置信度检出待测元素的最小浓度，相当于空白试剂标准偏差的3倍对应的信号浓度。灵敏度高，但由于噪声的影响，检出限不一定低。在原子吸收分析中，灵敏度可以通过产生1%(即0.0044吸光度)对应的浓度表示，利用校准曲线的斜率S可计算灵敏度：co=0.0044/S；而检出限则需要空白溶液的标准偏差和校准曲线的斜率S来计算：DL=3/S. 这是两者的区别。4.11查阅相关文献，列出原子吸收信号发生漂移的各种原因并给出解决的方法。原子吸收信号发生漂移的原因可能是受到了外界的干扰，按不同的类型分为下列几种：(1) 化学干扰。来自样品中杂质、络合等导致的信号漂移，可通过加入释放剂、保护剂或基本改进剂消除。(2) 物理干扰。可通过配置标准溶液或采用标准加入法消除。如果试样溶液浓度高，还可采用稀释法。(3) 电离干扰。可通过加入消电离剂消除。(4) 光谱干扰。可以选择其它的分析线，例如次灵敏线，进行分析。减小狭缝的宽度及灯电流也可以达到消除干扰的目的。(5) 背景干扰。利用连续光源进行校正。4.12怎样测定检出限？检出限是指能够以95%的置信度检出待测元素的最小浓度。测定时用接近于特征浓度的标准溶液测定，但为了减少读数误差，本实验采用0.20 gmL-1浓度(大于特征浓度约10倍)。测量不少于10次，记录吸光度，取平均值A，则检出限DL= K/S。式中，K=3，为系列溶液吸光度的标准偏差。4.13检测限与检出限有什么区别。检出限以浓度(或质量)表示，是指由特定的分析步骤在一定的置信度下，能够合理地检测出的最小分析信号求得的最低浓度 (或质量)。所谓检出，即是判定样品中存有浓度高于空白的待测物质。另外，检出限不仅与分析中所用试剂和水的空白有关，还与仪器的性能有关，例如仪器的稳