ICP-OES 法测定矿井废水中6 种重金属元素

马晶晶 ，吴 哲 ，何诚成 ，倪 聪 ，陈 胜

（1.南京巧护环境科技有限公司，江苏 南京211300；2.南京市高淳区环境监测站，江苏 南京211300）

在过去的几十年里，由于农业、工业、生活等废水的无节制排放，使得自然水环境中的重金属污染以惊人的速度增长[1]。其中矿石的开采行为造成水质呈富含重金属的结果，从而被认为是造成地表水和地下水重金属污染的主要原因[2,3]。矿井废水指的是在煤矿的开采过程中，所有渗入采掘井中的地表水，其水质特性一般取决于煤系地层成分和煤矿的地质环境[4]。据统计，我国每年由于煤矿的开采工作而产生的矿井废水水量高达80 亿t，而其中复用率未达30%[5]。这些受重金属污染的矿井废水径流和土壤的渗漏对周围的地表水和地下水的生态环境造成极大威胁[6]。镉（Cd）、铬（Cr）、铜（Cu）、铁（Fe）、锰（Mn）、铅（Pb）等元素是在矿井废水中最常见的重金属和微量元素。这些元素均会通过生物积累，对陆生和水生生物的生长和繁殖产生负面影响[7]。世界卫生组织，2011 年建议饮用水中的镉和铜浓度分别低于0.003 和2mg·L-1[8]。因此，需要对矿井废水所带来的重金属污染进行控制。

水污染治理成效与污染源能够被高效、准确地发现与鉴定息息相关，重金属的常用检测方法一般为原子吸收光谱仪（AAS）法、原子荧光光谱法（AFS）、紫外分光光度计法（UV）、电感耦合等离子体原子发射光谱法（ICP-OES）、电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）、高效液相色谱法（HPLC）[9-12]。其中电感耦合等离子体原子发射光谱法（ICP-OES）由于其具有灵敏度高、干扰小、线性宽、可同时测定多种金属元素的特点较为适合用于矿井废水的检测[13]。本文以高淳区某矿井废水为实验样品，使用电感耦合等离子体原子发射光谱法（ICP-OES）测定其废水中的镉（Cd）、铬（Cr）、铜（Cu）、铁（Fe）、锰（Mn）、铅（Pb）等重金属含量，以期为高淳区周边水质检测及重金属污染治理提供实验依据。

1 实验部分

1.1 仪器、药剂及样品

iCAP PRO XP ICP-OES Duo 电感耦合等离子体原子发射光谱仪（赛默飞世尔科技有限公司）；5B-36 型超纯水机（长沙沃恩环保科技有限公司）。

实验所用标准溶液采购自国家有色金属及电子材料分析测试中心，其标准样品编号为GNMM17270-2020。实验所用超纯水均由超纯水机制备。

实验水样均来自高淳区具有代表性的矿井废水收集而得，加浓硝酸电热板消解室温定容待测。

1.2 方法

1.2.1 样品预处理 由于矿井废水中含有大量SS及色度，直接进样会导致进样管的污堵，所以需要进行预处理，具体操作方法为将矿井废水过0.45μm的滤膜后待测。

1.2.2 仪器工作条件 氩气气压控制在464MPa，功率为 1.0kW，等离子体设置流量为 10．00L·min-1，辅助气流量 0．60L·min-1，泵速设置为 25r·min-1;设置仪器稳定延时为30s。

1.2.3 分析波长选择 由于矿井废水中存在大量的重金属元素，需要考虑共存元素对波长的影响，并结合文献调研和实际工作经验最终确定各元素的测定最优波长为 Cd（227.106mm）、Cr（360.224mm）、Cu（324.754mm）、Fe（234.349mm）、Mn（279.553mm）、Pb（283.945mm）。

2 结果与讨论

2.1 方法学考察

2.1.1 标准曲线的绘制 使用超纯水逐级稀释重金属混合标准溶液来配置分析所用混合标准工作溶液，其浓度分别为 10、5、1、0.5、0.1、0.05、0.01mg·L-1,随后使用对应波长依次测定矿井废水中重金属含量。并以样品中重金属含量为横坐标（X，mg·L-1），以对应强度为纵坐标（Y），建立标准曲线。各元素的标准曲线、相关系数及线性范围可见表1。

表1 各元素的标准曲线、相关系数及线性范围表Tab.1 Standard curve, correlation coefficient and linear range of each element

由表1 可知，各元素的标准曲线的相关系数均能达到0.999 以上，且均有较好的线性范围。

2.1.2 各重金属离子的检出限 制备全程序空白7个样品，使用3 倍空白溶液的标准偏差对应的溶液浓度作为仪器检出限，由实验可得，各元素的检出限均小于0.1mg·L-1，具有较高的灵敏度，结果见表2。

表2 各重金属离子的检出限Tab.2 Detection limits of heavy metal ions

2.1.3 检测方法精密度试验 选择中浓度点位0.5mg·L-1连续进样6 次，测得的各元素含量的RSD为0.512%～2.702%，说明该方法精密度较好，试验结果见表3。

表3 检测方法精密度试验Tab.3 Precision test of detection method

2.1.4 加标回收率试验 为验证方法的准确度，选择A 市的矿井废水进行加标回收实验。将各重金属溶液（Cd、Cr、Cu、Fe、Mn、Pb）的混合标准使用液（浓度为1mg·L-1）加入到样品中待测。结果各元素回收率分别为 102.2%、99.1%、94.6%、98.5%、99.7%、99．8%，表明该方法准确度较好。

2.2 样品检测

使用“1.2.2”项的工作方法测试条件测定各矿井废水中的重金属含量。实验结果见表4。

表4 矿井废水样品检测（mg·L-1）Tab.4 Detection of mine wastewater samples（mg·L-1）

由表4 结果可知，各矿井废水中均有不同程度的重金属元素检出，其中铁锰的重金属含量占比较高。

3 结论

建立了ICP-OES 法同时测定水中多种重金属元素的分析方法，由实验结果可知，各元素标准曲线的相关系数均能达到0.999，检出限均小于0.1mg·L-1，且通过精密度实验结果表明，各元素含量的RSD 为0.512%～2.702%，在加标回收率试验中各元素加标回收率在94.6%～102.2%之间。说明该方法的线性范围较广、检出限较低，精密度、加标回收率均能满足检测需求且具有一定的推广性。使用该方法测定高淳区具有代表性的矿井废水，实验结果表明，各矿井废水中均有不同程度的重金属元素检出，其中铁锰的重金属含量占比较高。