中国地质科学院水文地质环境地质研究所, 自然资源部地下水科学与工程重点实验室, 河北 石家庄 050061
锂是一种重要的金属材料, 广泛应用于核工业、 光电等行业, 在经济建设中占据重要地位。 地热资源是指能被人类利用的地球内部的地热能、 地热流体及其矿物组分。 地热水中矿物质种类丰富, 我国液体锂矿储量可观。 开发一种快速准确的分析测试方法, 对锂矿的勘测、 开发、 利用具有重要的意义。 电感耦合等离子体光谱法测定地热水中锂时, 样品基体不会产生显著的谱线干扰, 但会带来严重的基体效应。 地热水中高浓度的钠、 钾、 钙、 镁等易电离元素对锂的检测有很强的增敏作用, 且四种元素在不同观测方式下增敏程度各异, 轴向观测受基体干扰程度比径向更大。 而且基体增敏作用不是四种离子的简单加和。 实验还发现, 样品基体对锂的干扰程度受雾化气流速影响很大。 在较低流速下, 径向观测和轴向观测下锂的回收率均随着雾化气流速的增大而减小。 在中高流速下, 随着雾化气流速的增大而增大。 当地热水基体元素组成相差很多时, 很难通过调整雾化气流速控制锂的测试准确度, 不适合批量样品分析。 为简便有效减小基体干扰, 采用部分基体匹配法对地热水样品进行分析测试。 在标准溶液和实际样品中加入一定量氯化钠溶液, 可有效降低地热水基体干扰。 该方法检出限与无基体标准曲线法对比, 检出限并无显著增大。 该方法检出限是0.20 μg·L-1(轴向)和0.41 μg·L-1(径向), 无基体标准曲线法检出限是0.11 μg·L-1(轴向)和0.39 μg·L-1(径向)。 通过加标回收率试验和稀释法试验验证方法准确性。 三个不同基体的地热水样品加标回收率在96.5%~105.6%之间, 相对标准偏差(RSD)<2%。 结果与电感耦合等离子体质谱法相吻合。 稀释法验证试验中, 稀释样测试浓度与原样测试结果一致(±2.0%)。 改进的基体匹配法可有效降低易电离元素带来的基体干扰。 本方法简便、 快速、 高效, 满足大批量地热水中锂的分析测试要求。
地热水 锂 电感耦合等离子体光谱法 Geothermal water Lithium Inductively coupled plasma-optical emission spectrometry 光谱学与光谱分析
2021, 41(12): 3876
中国地质科学院水文地质环境地质研究所, 河北 石家庄 050061
重金属污染是一个相当严重的环境问题。 镉具有很强的生物毒性和不可降解性, 对生态环境和人体健康有极大威胁, 被列为优先控制污染物。 环境中镉的主要污染源是电镀、 采矿和化学工业等部门的废水, 如何简单高效去除水中的镉, 有重要的社会意义和经济意义。 目前, 水中重金属的去除方法有化学沉淀、 膜分离、 离子交换、 吸附、 电解等, 其中吸附法因简单高效而广泛应用。 活性炭纤维是一种新型活性炭, 孔径小且均匀, 表面官能团发达, 吸附性能好, 逐步应用于水处理领域。 以电感耦合等离子体光谱为检测手段, 佐以比表面积分析, X射线衍射, 元素分析和傅里叶变换红外光谱, 研究比较了三种活性炭纤维（纤维炭网、 活性炭无纺布、 活性炭纤维毡）的结构特点及其对水中镉的吸附性能。 三种活性炭纤维结构基本类似, 具有较发达的孔隙结构。 活性炭无纺布极性较强, 表面有丰富的羟基、 羧基、 醛基等含氧官能团, 对水中镉的吸附作用最大。 因此, 选择活性炭无纺布为吸附剂进行后续实验。 研究了活性炭无纺布吸附镉的影响因素, 如溶液pH, 吸附时间等。 溶液pH影响吸附剂表面电荷及水中镉的存在状态。 水中镉的去除效率随溶液初始pH的增大而增大, 在较低pH时, 吸附剂与Cd2+间存在静电斥力, 同时H+和Cd2+存在竞争吸附, pH>9时, 镉的去除是吸附与沉淀协同作用的结果, 选择pH为6～7。 在吸附的初始阶段, 活性炭无纺布对Cd2+的吸附量迅速增加, 10 min时, 吸附率达到72%。 随着吸附位点逐渐被Cd2+所填充, 吸附速率逐渐变慢, 300 min时, 吸附容量基本无变化, 吸附趋于平衡。 优化了镉的吸附条件后, 进行等温吸附实验和动力学实验。 结果表明, 25 ℃时, 吸附时间为300 min, pH 6.0条件下, 当镉的平衡浓度在20.00 mg·L-1时, 活性炭无纺布对镉的单位质量吸附量和单位比表面积吸附量分别是3.04 mg·g-1和0.035 mg·m-2。 用Langmuir方程（R2=0.997, KL =1.796 L·mg-1）和Freundich方程（R2=0.895, KF=0.918 L·mg-1, n=2.12）拟合活性炭无纺布对镉的等温吸附数据, Langmuir方程计算的理论吸附量为3.07 mg·g-1, 与实验值相当, 并且线性系数更高, 说明该体系的吸附符合Langmuir方程, 主要为单分子层吸附。 Langmuir分离因子介于0和1之间, 表明活性炭无纺布对镉的吸附容易进行。 用准一级动力学方程、 准二级动力学方程、 颗粒内扩散方程和Elovich方程四种动力学模型拟合吸附过程。 在吸附的前5 min, 镉在活性炭无纺布上的吸附符合颗粒内扩散方程（R2=0.985）, 吸附主要受颗粒内扩散控制。 在吸附的5～300 min, 颗粒内扩散方程拟合较差。 整个吸附过程符合准二级动力学方程（R2=0.999, k2=0.367 g·mg-1·min-1）, Elovich方程（R2=0.981, a=0.271 mg·g-1, b=0.083 mg·g-1·(lg min)-1）和准一级动力学方程（R2=0.927, k1=0.008 8 min-1）次之, 颗粒内扩散方程（R2=0.785）最差。 活性炭无纺布对镉的吸附过程是一种化学作用为主的吸附过程。 对5.00 mg·L-1含镉水样, 活性炭无纺布投放量为10 g·L-1时, 吸附后水中镉的浓度小于0.10 mg·L-1, 符合《污水综合排放标准》（GB 8978—1996）。 活性炭无纺布可同时吸附镉, 铜, 铅, 铬等重金属离子, 选择性较差。 但在电镀、 采矿等实际废水中重金属种类复杂, 适当提高吸附剂投放量, 可同时去除多种重金属。 利用活性炭无纺布吸附处理含镉水样, 处理效果好、 操作简单, 可以作为去除水中镉的吸附剂, 为含镉废水的处理提供了技术支持和理论基础。
镉 活性炭无纺布 电感耦合等离子体光谱 吸附 Cadmium Activated carbon fiber fabric Inductively coupled plasma optical emission spectr Adsorption
中国地质科学院水文地质环境地质研究所, 河北 正定 050803
建立了离子交换树脂-固相萃取富集-电感耦合等离子体光谱(ICP-AES)联用测定水中的重金属元素Zn, Mn, Cu, Co, Ni, Cd, Pb的方法。 实验采用Dowex50WX8强酸型阳离子交换树脂, 通过优化富集分离条件和排除共存离子的干扰, 最终确定最佳的样品pH, 样品流速, 洗脱液种类和浓度, 样品体积分别为3.0~4.0, 3.0 mL·min-1, 3.0 mol·L-1 HNO3, 200 mL。 方法中各元素的检出限和定量限范围分别为0.09~0.45和0.31~1.50 μg·L-1, 加标回收率和相对标准偏差RSD(n=6)分别为95.3%～104.2%和1.25%～4.12%。 采用该方法测定不同地区的样品, 并与直接采用ICP-MS法进行对比, 其测定结果基本吻合。 实验表明该方法的检出限, 定量限可以满足水中重金属元素Zn, Mn, Cu, Co, Ni, Cd, Pb的检测要求, 准确性和精密度好, 结果可靠, 适用于测定水中Zn, Mn, Cu, Co, Ni, Cd, Pb。Plasma Atomic Emission Spectrometry
离子交换树脂 固相萃取 富集 重金属元素 Ion exchange resin Solid phase extraction ICP-AES ICP-AES Preconcentration Heavy metal elements 光谱学与光谱分析
2018, 38(12): 3917
中国地质科学院水文地质环境地质研究所, 河北 正定 050803
目前, 越来越多的磷进入水中, 严重影响着生态环境和人类身体健康, 但磷的传统分析方法操作复杂, 需外加多种试剂。 采用电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)测定水中总磷, 对仪器工作条件进行了探讨。 结果表明仪器最佳工作条件如下: 分析谱线为213.617 nm, 射频功率为1 300 W, 雾化器流速为0.5 L·min-1, 观测高度为15 mm, 蠕动泵泵速为1.2 mL·min-1, 观测方式为径向。 在仪器的最佳工作条件下, 对本方法测定磷的检出限, 精密度, 回收率进行了研究。 结果表明仪器检出限为0.028 mg·L-1, 方法检出限为0.084 mg·L-1, 精密度在0.6%~3.9%之间, 回收率为102.3%~103.0%。 此外, 本方法与磷钼蓝分光光度法进行了对比, 分析结果基本一致。 该方法快捷简便, 具有较好的精密度和回收率, 适于实际样品的分析。
水 磷 ICP-AES ICP-AES Water Phosphorus 光谱学与光谱分析
2018, 38(6): 1880
