微波消解装置与美的微波炉微波消解测定污水中CODcr的比对实验

1、微波消解装置与美的微波炉微波消解测定污水中CODcr的比对实验曾东1,2，许振成2*，贺德春，秦国建（1.湖南农业大学，湖南 长沙 410128；2.环境保护部华南环境科学研究所.广东 广州 510655）摘要：鉴于专用微波消解装置价格较高，家用微波价格仅为专用微波消解装置的五分之一，本文采用美的MK823ESJ-PA微波炉与专WMX-B微波消解装置对水样进行CODcr测定的比对研究，讨论了消解功率、消解时间、Cl-干扰等因素对测定的影响，确定了最佳的试验条件，当美的MK823ESJ-PA微波炉消解功率为中高火（616W），消解时间为5min时，精密度与准确度良好，RSD3.72%,加标回收率

2、为93.4%-118%，与WMX-B微波消解装置消解测定结果相对偏差3.76%。关键词：微波消解装置 美的微波炉 密封消解 CODcr化学需氧量(CODcr是反映水体受有机物等还原性物质污染的综合性指标之一，作为国家环境保护部“十一五”规划中“节能减排”约束性指标和我国水质监测的主要项目之一，针对我国现行有效的国家标准方法水质化学需氧量的测定重铬酸盐法(GB11914-891要求的消解时间长，不利于大批样品的分析和需快速测定的场合，专家们在这方面开展了很多研究，提出很多新的分析方法，其中密封催化消解法就是其中的佼佼者。现已被列入水和废水监测分析方法(第3版补充篇2。但是其专用微波消解装置价格较

3、高，而家用微波价格较低，仅为专用微波消解装置的五分之一，本文采用美的MK823ESJ-PA微波炉与专WMX-B微波消解装置对水样进行CODcr消解测定的比较研究，确定了美的MK823ESJ-PA微波炉最佳的测定条件，探讨采用家用微波炉代替专用微波消解的装置的可行性，以降低测试成本。1 实验方法1.1 主要仪器与试剂仪器：WMX-B微波消解装置：韶关市明天环保仪器有限公司生产；美的MK823ESJ-PA微波炉：佛山市顺德区北滘镇三洪奇大滘工业区；两种微波装置具体技术参数见表1。超纯水系统(EIGA(Purelab option-S7/15；聚四氟乙烯消解罐。试剂：邻苯二甲酸氢钾KC8H5O4标准

4、溶液：COD质量浓度为10 mg/L、20 mg/L、150 mg/L、300 mg/L、800 mg/L、2000 mg/L；硫酸亚铁铵(NH42Fe(SO42·H2O标准溶液: 0.1 mol/L、0.05 mol/L、0.01 mol/L；重铬酸钾消解液(K2Cr2O7标准溶液：0.4 mol/L、0.2 mol/L、0.05 mol/L；硫酸一硫酸银(H2SO4-Ag2SO4溶液:10 g/L；硫酸汞（Hg2SO4）溶液：10g Hg2SO4溶于100mL 10% H2SO4；试亚铁灵指示剂。以上试剂均为分析纯，用蒸馏水配制。表1：WMX-B微波消解装置与美的MK823ESJ

5、-PA技术参数对比（WMX-B微波消解装置）参数（美的MK823ESJ-PA）参数消解样品数量（每炉次）n火力低火、中低火、中火、中高火、高火消解时间（n+2）分+（n×10）秒消解时间0-35 min微波工作频率2450 MHZ微波工作频率2450 MHZ额定输入功率1300 W额定输入功率1300 W微波输出功率800 W微波输出功率800 W价格5000 RMB价格500 RMB1.2 试验方法准确移取均匀水样5.00mL（每批水样在测试的同时做三个空白）于消解罐中，加入1 mL Hg2SO4摇匀。再准确加入5.00mL K2Cr2O7，再缓慢加入5.00mL H2SO4-Ag

6、2SO4，轻轻摇匀，旋紧密封盖，对称放置于装置炉腔玻璃转盘周边，针对消解功率的影响，采用美的MK823ESJ-PA微波炉不同消解功率（低火136W、中低火264W、中火330W、中高火616W、高火800W）进行水样消解与WMX-B微波消解装置对水样的消解效果比较；针对消解时间的影响，确定消解功率后，采用美的MK823ESJ-PA微波炉最佳消解功率的条件下，分别对10 mg/L、20 mg/L、150 mg/L、300 mg/L、800 mg/L、2000 mg/L COD标样消解4min、5min、6min、7min、8min、9min，消解结束后。冷却至室温，将样液转移到150mL的锥形瓶

7、中，用20mL蒸馏水分三次冲洗消解罐及盖得内壁，冲洗液并入锥形瓶中，加入2-3滴试亚铁灵指示剂，用(NH42Fe(SO42·H2O标准溶液进行滴定，溶液的颜色由黄色经蓝绿色到红褐色即为滴定终点，记录(NH42Fe(SO42·H2O标准溶液的用量，计算结果3。2 试验结果与分析2.1 两种微波炉不同消解功率的比较美的MK823ESJ-PA微波炉与WMX-B微波消解装置均采用频率为2450 MHZ 的微波能源加热方法，在它的作用下消解体系中反应物中偶极分子将高速旋转运动，形成激烈摩擦和碰撞，使反应物的温度迅速升高，达到高效快速低耗的理想效果；此外采用密封方式消解，使密闭容器内压

8、力高于101.325kPa4，以迅速提高反应体系温度，缩短了消解时间。然而，采用不同的微波功率，从开始加热至氧化完全所需的时间也不同。功率太低，所需反应时问较长，消解也不完全5；功率太高，长时间消解会使消解罐温度过高，增加冷却时间，对机器的损耗也将增加。试验采用美的MK823ESJ-PA微波炉不同消解功率（低火136W、中低火264W、中火330W、中高火616W、高火800W）进行水样消解与WMX-B微波消解装置对水样的消解效果比较；结果表明：采用美的MK823ESJ-PA微波炉在中高火及高火进行水样消解与WMX-B微波消解装置分别测定浓度为10 mg/L、20 mg/L、150 mg/L、

9、300 mg/L、800 mg/L、2000 mg/L COD标准样品都具有相同的准确度，相对偏差4.09%，测定值均在标准样品约定真值的范围之内。表2 WMX-B微波消解装置与美的MK823ESJ-PA不同功率消解标准样品的比较Tab 2 WMX-B microwave digestion device and the Mei Di MK823ESJ-PA digestion power of different comparison of standard sample标准样品浓度（mg/L）WMX-B微波消解装置美的MK823ESJ-PA（mg/L）低 火中低火中 火中高火%高 火%10

10、10.5006.3737.2428.06510.071-4.0910.454-3.302021.00011.86215.81618.56420.420-2.7620.602-1.90150150.39668.08085.541115.971148.213-1.45151.0030.404300301.788113.264169.051234.793303.2060.470304.5930.931800804.768316.156451.652645.217806.5210.218807.6560.35920002001.0001139.4511375.2351698.342002.0000.0

11、51998.0000.1502.2 两种微波炉不同消解时间的比较消解的时间长短对水样COD的测定影响很大，针对WMX-B微波消解装置的消解时间（n+2）分+（n×10）秒，一次消解6个消解罐所需时间为 9 min，试验采用美的MK823ESJ-PA微波炉消解功率为（中高火616W）的条件下，分别对10 mg/L、20 mg/L、150 mg/L、300 mg/L、800 mg/L、2000 mg/LCOD标样消解4min、5min、6min、7min、8min、9min，结果表明： COD测定值随着消解时间的增加而增加，直至稳定。测定如邻苯二甲酸氢钾等易氧化的水样，只需要中高火616

12、W，消解5min即可，测定如芳香族有机化合物等一些难氧化的有机化合物的COD时，中高火则需要增加消解时间至9min6。表3 美的MK823ESJ-PA中高火对标准水样的消解时间实验Tab 3 the standard water sample digestion time to experiments by Mei Di MK823ESJ-PA digestion power of the middle high fire标准样品浓度（mg/L）WMX-B微波消解装置美的MK823ESJ-PA（mg/L）4 min5 min6 min7 min8 min9 min1010.5009.15710

13、.54710.34810.14911.24210.2902021.00017.36519.91220.17320.29821.4220.580150150.396135.254141.935144.918146.910147.906149.414300301.788256.754294.816295.812296.312297.804298.302800804.768768.572804.768805.366805.963807.258809.25120002001.0001739.2132002.0002034.262041.3452048.2942056.4372.3 Cl的影响Cl广泛存

14、在于自然界中，在测COD的实验条件下，Cl可以被氧化，影响实验测定结果，在实验过程中，采用加入1ml Hg2SO4浓液，使Cl与Hg2+完全络合，消除Cl的干扰，实验结果表明，加入1ml Hg2SO4浓液，可以消除10000mg/L的Cl的干扰，COD测定结果与标准方法无异。2.4 精密度与准确度试验取氧化塘水样过滤除杂后用美的MK823ESJ-PA微波炉平行测定8次，均值为84.037 mg/L。在此水样中添加不同质量浓度的COD标准浓液做加标回收试验，结果见表4。表4 美的MK823ESJ-PA微波炉加标回收试验结果Tab 4 The results of standard recover

15、y of Mei Di MK823ESJ-PA加标值/(mg.L-1测定值/(mg.L-1回收值/(mg.L-1回收率/%RSD/%5.089.2675.898112.32.4710.095.75511.078113.92.8115.0100.34116.808108.72.1920.0107.370923.033105.41.6525.0109.56025.523102.61.5230.0113.35028.01397.71.45为验证美的MK823ESJ-PA微波炉的实用性，取不同水样，按照上述方法进行测定，平行测定8次。并与WMX-B微波消解装置测定的结果进行比对。表5 WMX-B微波消

16、解装置与美的MK823ESJ-PA测定不同样品结果比较样品WMX-B微波消解装置/(mg.L-1美的MK823ESJ-PA/(mg.L-1相对偏差/%RSD/%井水水样23.04023.7353.022.99氧化塘水样106.758104.250-2.351.91沼气池水样1274.7341226.784-3.763.72猪尿尿样5680.1255588.464-1.623.02由表5可知，井水水样、氧化塘水样、沼气池水样、猪尿尿样，采用美的MK823ESJ-PA微波炉平行测定8次结果与WMX-B微波消解装置测定值之间无显著差异，相对偏差3.76%，美的MK823ESJ-PA微波炉平行测定结果

17、的RSD3.72%。3 结论（1） 通过实验，确定了美的MK823ESJ-PA微波炉使用中高火（消解功率616W）对水样进行消解与WMX-B微波消解装置对水样的消解效果等效；对于一般易氧化的有机水样，只需要消解5min，对于复杂的有机水样，则需要延长消解时间至9min。（2） 美的MK823ESJ-PA微波炉使用中高火（输出功率616W）测定污水中的COD的精密度与准确度与WMX-B微波消解装置对水样的消解效果相比，美的MK823ESJ-PA微波炉加标回收率为97.7%-113.9%、且美的MK823ESJ-PA微波炉平行测定结果的RSD3.72%；美的MK823ESJ-PA微波炉使用中高火（输出功率616W）平行测定污水中的COD，与WMX-B微波消解装置对水样的测定值相比，相对偏差3.76%，符合监测方法的要求。（3） 相对于WMX-B微波消解装置，美的MK823ESJ-PA微波炉除了同样具有操作简便，消解速度快的优点，更有节约能耗，节省金钱的方面的优势，适用于实验室评价水体污染程度及批量污水COD测定，