一種基于等離子體電感耦合原子吸收光譜檢測煙氣中痕量金屬顆粒形態(tài)的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于等離子體電感耦合原子吸收光譜檢測煙氣中痕量金屬顆粒形態(tài)的方法，屬于顆粒形態(tài)金屬檢測技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]環(huán)境中的重金屬物質(zhì)可能危害人體健康，在空氣灰塵，水體和土壤中可能分布有某些重金屬物質(zhì)。在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展中，重金屬物質(zhì)從礦石中被開采出來，通過大氣攜帶，水體流動(dòng)，和人類的運(yùn)輸過程，逐步在我們身邊的環(huán)境中擴(kuò)散，最終通過空氣，飲用水和食物進(jìn)入人體，對健康造成負(fù)面的影響。眾所周知，不同形態(tài)的重金屬有著不同的毒性。離子形態(tài)的重金屬易于迀移，往往毒性強(qiáng)。顆粒形態(tài)的重金屬，迀移性能弱于離子，毒性也較弱。同是顆粒形態(tài)，陰離子不同，重金屬的毒性也不同。比如說，碳酸鎘，氧化鎘和硫化鎘的生理毒性就依次減弱。
[0003]目前重金屬形態(tài)研宄通常采用順序提取法，其中最主要的是歐盟提出的三步提取法(簡稱BCR法)。該方法采用不同溶解性能的溶劑依次萃取待測樣品，離心分離后檢測上層清液中的重金屬離子濃度，得到不同溶解能力的重金屬含量。該方法適用于檢測含量在萬分之幾至百分之幾的樣品。如果樣品中重金屬的含量低至百萬分之幾，由于操作和難溶性樣品擴(kuò)散帶來的誤差會嚴(yán)重的影響結(jié)果的準(zhǔn)確性。
[0004]液相色譜ICP聯(lián)用能夠檢測樣品中極低含量的重金屬。但僅限于可以被液相色譜分離的重金屬離子和有機(jī)結(jié)合態(tài)的重金屬。通過這類物質(zhì)在液相色譜中不同的出峰時(shí)間確定其化學(xué)結(jié)構(gòu)。重金屬顆粒不能被液相色譜定性分離，也就不能采用液相色譜研宄極低含量的重金屬顆粒。配有能譜分析儀的電子顯微鏡能觀測到尺寸很小的重金屬顆粒，通過能譜掃描獲得顆粒的元素組成信息。但在煙氣樣品中重金屬含量低，樣品中含有大量高濃度的有機(jī)物，電鏡不能從有機(jī)物背景中分辨出尺寸很小數(shù)量很少的重金屬顆粒。動(dòng)態(tài)光散射能夠獲得樣品中顆粒的尺寸和數(shù)目的信息，但在煙氣樣品中容易受到其他物質(zhì)的干擾，同時(shí)該技術(shù)也無法獲得顆粒中的元素組成信號。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對現(xiàn)有技術(shù)中對各種檢測固態(tài)金屬離子的方法存在的缺陷，本發(fā)明的目的是在于提供一種簡單快速檢測煙氣中痕量固體金屬顆粒形態(tài)的方法，該方法可耐復(fù)雜背景的干擾、檢測效率高，檢測下限低，能獲得煙氣中金屬顆粒形態(tài)的尺寸和數(shù)目等形態(tài)分布數(shù)據(jù)。
[0006]本發(fā)明提供了一種基于等離子體電感耦合原子吸收光譜檢測煙氣中痕量金屬顆粒形態(tài)的方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0007]步驟一:將已知濃度的含有待測金屬離子的標(biāo)準(zhǔn)溶液連續(xù)泵入ICP中進(jìn)行等離子化，用OES檢測器連續(xù)采集待測金屬元素的各單個(gè)信號，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)溶液中待測金屬離子的濃度和泵入ICP的標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積以及待測金屬元素的總信號強(qiáng)度，計(jì)算出待測金屬元素的單位信號強(qiáng)度對應(yīng)的待測金屬離子的質(zhì)量；
[0008]步驟二:通過溶劑收集煙氣獲得含金屬顆粒的待測溶液，通過步驟一的方法連續(xù)采集待測液中待測金屬元素的單個(gè)信號，通過各單個(gè)信號分析得到待測溶液中金屬顆粒的大小及數(shù)目的形態(tài)分布圖，獲得的單個(gè)信號的數(shù)目等于待測溶液中含有待測金屬元素的金屬顆粒的數(shù)目，通過各單個(gè)信號強(qiáng)度分別計(jì)算出各個(gè)金屬顆粒中待測金屬元素的質(zhì)量。
[0009]本發(fā)明的通過等離子體電感耦合原子吸收光譜檢測煙氣中痕量金屬顆粒形態(tài)的方法還包括以下優(yōu)選方案:
[0010]優(yōu)選的方案中待測金屬離子為鎘離子、鉛離子、銅離子、鐵離子、鋅離子、鉻離子、鎂離子、砷離子、金離子、銀離子或錫離子。
[0011]優(yōu)選的方案中步驟一中先通過待測金屬元素的各單個(gè)信號強(qiáng)度計(jì)算出該待測金屬元素總的信號強(qiáng)度，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)溶液中待測金屬離子的濃度和泵入ICP的標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積計(jì)算出標(biāo)準(zhǔn)溶液中的待測金屬離子的總質(zhì)量，再以標(biāo)準(zhǔn)溶液中待測金屬離子的總質(zhì)量除以該待測金屬離子的總信號強(qiáng)度得到該待測金屬離子單位信號強(qiáng)度對應(yīng)的待測金屬離子的質(zhì)量。其中，泵入ICP的標(biāo)準(zhǔn)溶液總體積=霧化效率X用于測試的標(biāo)準(zhǔn)溶液的總體積；用于測試的標(biāo)準(zhǔn)溶液的總體積=泵入速率X檢測時(shí)間。
[0012]優(yōu)選的方案中步驟二中通過待測金屬元素的單個(gè)信號強(qiáng)度乘以校正系數(shù)得到單個(gè)金屬顆粒中含該待測金屬元素的質(zhì)量，校正系數(shù)等于標(biāo)準(zhǔn)溶液中待測金屬離子的總質(zhì)量除以該待測金屬離子的總信號強(qiáng)度。其中，金屬顆粒中待測金屬元素的質(zhì)量=校正系數(shù)X待測金屬元素的信號強(qiáng)度；校正系數(shù)=標(biāo)準(zhǔn)溶液中待測金屬離子總質(zhì)量+待測金屬離子的總信號強(qiáng)度。
[0013]優(yōu)選的方案中待測溶液中金屬顆粒的尺寸大小為I納米?500納米。
[0014]優(yōu)選的方案中檢測分析時(shí)間段為10秒?60秒。
[0015]優(yōu)選的方案中采樣間隔時(shí)間為0.1ms?50ms的采樣間隔，采集數(shù)目為I萬?20萬個(gè)連續(xù)的單個(gè)信號。
[0016]優(yōu)選的方案中待測液中金屬顆粒的濃度為0.01?0.1 μ g/Lo
[0017]優(yōu)選的方案中溶劑為水、甲醇、乙醇、丙酮中的至少一種。
[0018]優(yōu)選的方案中通過溶劑收集煙氣，再用去離子水稀釋至金屬顆粒的濃度為0.01?0.lug/L后，超聲分散，得到金屬顆粒分散均勻的待測溶液。
[0019]優(yōu)選的方案中待測溶液泵入ICP中，金屬顆粒在ICP中被等離子化，生成帶正電的金屬離子，OES檢測器以極高的頻率采集待測金屬離子信號，將收集到的波長信號匯集起來，得到樣品溶液中金屬顆粒的形態(tài)分布圖。
[0020]本發(fā)明的方法中OES檢測器采集到的總信號數(shù)目等于進(jìn)入ICP的溶液中金屬顆粒的總數(shù)目，其中，含有待測金屬元素的信號目數(shù)，即為含有該種待測金屬元素的金屬顆粒數(shù)目。待測金屬元素的單個(gè)信號的信號強(qiáng)度乘以校正系數(shù)等于該金屬顆粒中待測金屬元素的質(zhì)量；通過該方法可以求得總?cè)芤褐薪饘兕w粒的數(shù)目和尺寸。
[0021]本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明首次采用等離子體電感耦合原子吸收光譜檢測煙氣中痕量金屬顆粒形態(tài)，可以有效獲得煙氣中金屬顆粒的尺寸和數(shù)目等形態(tài)分布數(shù)據(jù)，定量分析出各種金屬，該方法操作簡單，檢測效率極高，能夠忍耐復(fù)雜背景的干擾，檢測下限極低。
【附圖說明】
[0022]【圖1】為實(shí)施例1中50ppb的硝酸鎘水溶液的ICP-OES圖譜；
[0023]【圖2】為實(shí)施例1中卷煙煙氣中鎘元素的ICP-OES圖譜；
[0024]【圖3】為實(shí)施例2中1ppb的硝酸鉛水溶液