APDC_MIBK萃取火焰原子吸收分光光度法測(cè)定生活垃圾堆肥

1、APDC-MIBK 萃取火焰原子吸收分光光度法測(cè)定 生活垃圾堆肥產(chǎn)品中鉛 、 鎘的研究曹杰山 1, 汪文鵬 2(11中國環(huán)境監(jiān)測(cè)總站 , 北京 100012; 21湖北省環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站 , 湖北 武漢 430072摘 要 :通過試驗(yàn)研究 , 建立了硝酸 -氫氟酸 -高氯酸消解 、 APDC-MIB K 萃取火焰 原子吸收分 光光度法 測(cè)定生活垃 圾 堆肥產(chǎn)品中的鉛 、 鎘 。 該方法鉛的檢出限為 2mg P kg, 鎘的檢出 限為 012mg P kg (按稱取 015g 試 樣消解定 容至 50ml 計(jì) 算 , 用于不同地 域堆肥樣品測(cè)定 , 鉛 、 鎘的相 對(duì)標(biāo) 準(zhǔn)偏 差 (RSD 分 別

2、為 2129%8116%和 5117%1117%, 加 標(biāo)回收 率介 于 8618%10712%和 8810%10810%之間 。關(guān)鍵詞 :火焰原子吸收分光光度法 ; APDC-MIBK 萃取 , 鉛 ; 鎘 ; 生活 垃圾 ; 堆肥產(chǎn)品 中圖分類號(hào) :X830 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 :A 文章編號(hào) :1002-6002(2009 04-0102-04Determination of Lead and Cadmium in the Composting Products of Domestic Waste by APDC -MIBK Extraction Flame Atomic Absorption

3、SpectrophotometryCAO Jie -shan 1, et al (1. China Nati onal Environmental Monitoring Centre, Beijing 100029, ChinaAbstract :On the basis of experimen ts, a determination method for lead and cadmiu m in the composting products of domestic was te was developed by APDC-M IBK extraction flame atomic abs

4、orption spectrophotometric techniques and sample digestion with HNO 3-HF -HCl O 4. The determination li mits for lead and cad mium are 2mg #kg -1and 012mg #kg -1, respectively (weigh 015g sample, digest and dilute with water to 50ml volume . In the analysis of the composting products in di fferent r

5、eg i on, RSDs range from 2129%8116%for lead and 5117%1117%for cadmi um, with the correspounding recovery rates 8618%10712%for lead and 8810%10810%for cadmium. It is a reliable method to ex amine the q uali ty of composting products for domes tic waste.Key words :Flame atomic absorp tion spectrophoto

6、metry; APDC-MIBK extraction; Lead; Cadmi um; Domestic Waste; Composting products收稿日期 :2008-02-25基金項(xiàng)目 :國家環(huán)保總局國家標(biāo)準(zhǔn)編制計(jì)劃項(xiàng) 目 (2003 508 作者簡介 :曹杰山 (1948- , 男 , 北京人 , 研究員 .生活垃圾污染環(huán)境、 危害人體健康已成為現(xiàn) 代城市亟待解決的問題。堆肥處理作為生活垃圾 減量化、 無害化和資源化的代表技術(shù)之一被世界 很多國家采用 , 因其適合我國經(jīng)濟(jì)技術(shù)水平并能 促進(jìn)農(nóng)業(yè)發(fā)展而被廣泛應(yīng)用 1,2。為防止堆肥產(chǎn) 品中重金屬等有害物質(zhì)對(duì)環(huán)境影響及對(duì)人體健康

7、的危害 , 美國、 歐盟、 加拿大等發(fā)達(dá)國家都制訂了 垃圾堆肥產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)體系 3-5, 并規(guī)定其檢驗(yàn) 和監(jiān)督方法 , 基于上述 , 制訂 5生活垃圾堆肥污染 物控制標(biāo)準(zhǔn)及測(cè)量方法 6已勢(shì)在必行。鑒于用直 接火焰原子吸收分光光度法測(cè)定生活垃圾堆肥產(chǎn) 品中的鉛、 鎘常嫌靈敏度不夠或不能克服集體干 擾而必須結(jié)合化學(xué)分離預(yù)富集操作 , 本文研究了 用 APDC-MIB K 萃取體系同時(shí)分離富集鉛、 鎘的 最佳條件 6, 同時(shí)也對(duì)樣品預(yù)處理方法、 測(cè)定條件等 710進(jìn)行了研究和討論。分析結(jié)果表明 , 樣品經(jīng) 硝 酸 -氫 氟 酸 -高 氯 酸 完 全 消解、 APDC -MIBK 萃取火焰原子吸收法測(cè)

8、定的精密度和準(zhǔn)確 度均為良好 , 可作為一種較理想的檢驗(yàn)堆肥產(chǎn)品 質(zhì)量方法。1 方法原理采用硝酸 -氫氟酸 -高氯酸消解堆肥樣品 , 使試樣中的鉛、 鎘全部進(jìn)入試液中。被測(cè)金屬離 子與吡咯烷二硫代氨基甲酸氨絡(luò)合后萃取甲基異 丁基甲酮。將有機(jī)相噴入空氣 -乙炔火焰中 , 分 別于 28313nm 和 22818nm 處測(cè) 量鉛、 鎘基態(tài)原子 對(duì)其 空 心陰 極燈 發(fā) 射的 特 征譜 線 的吸 收 進(jìn)行 定量。第 25卷 第 4期 2009年 8月 中 國 環(huán) 境 監(jiān) 測(cè) Environmental Monitoring i n China Vol. 25 No. 4Aug. 20092樣品的采集

9、、 保存與制備211樣品的采集與保存將采集的堆肥樣品 11-14(不少于 1kg 去除雜 物后混勻 , 用四 分法將樣品縮 分至約 500g, 裝于 潔凈、 干燥的 500ml 具有磨口塞的廣口瓶或聚乙 烯瓶中 , 密封。212試樣制備將上述瓶中樣品混勻后再經(jīng)兩次縮分取出約 100g 風(fēng)干 , 迅速研磨至全部通過 110mm 尼龍篩 , 混勻后備用。3試劑和儀器311所用試劑硝酸、 鹽酸、 氫氟酸、 高氯酸、 氫氧化鈉均為優(yōu) 級(jí)純 , 水為去離子水。硝酸 溶 液 (1+1 ; 硝 酸 溶 液 , 體 積 分?jǐn)?shù) 為 012%; 鹽酸 溶液 , 體 積分 數(shù)為 5%; 氫 氧化 鈉溶 液 , 10

10、%(m P v 。吡 咯 烷 二 硫 代 氨 基 甲 酸 氨 (APDC, C 5H 12 N 2S 2 , 2%(m P v 溶液 :將 210g 吡咯烷二硫代 氨基甲酸氨溶于 100ml 水中 , 用時(shí)現(xiàn)配。 甲基異丁基甲酮 (MIBK, C 6H 12O 。鉛標(biāo)準(zhǔn)貯備液 (11000mg P ml :稱取 110000g 光 譜純金屬鉛于 50ml 燒杯中 , 加入 (1+1 硝酸溶液 20ml, 溫?zé)?, 溶解后轉(zhuǎn)移至 1000ml 容量瓶中 , 用水 定容至標(biāo)線 , 搖勻。鎘標(biāo)準(zhǔn)貯備液 (11000mg P ml :稱取 110000g 光 譜純金屬鎘粒于 50ml 燒杯中 , 加入

11、 (1+1 硝酸溶 液 20ml, 溫?zé)崛芙夂筠D(zhuǎn)移至 1000ml 容量瓶中 , 用 水稀釋至標(biāo)線 , 搖勻。鉛、 鎘混合標(biāo)準(zhǔn)使 用液 (鉛 2010mg P L 、 鎘 210 mg P L :用 012%硝酸溶液逐級(jí)稀釋鉛、 鎘標(biāo)準(zhǔn)貯 備液配制。312儀器和測(cè)量條件原子吸收分光光度計(jì) , 鉛、 鎘空心陰極燈。儀 器的測(cè)量條件見表 1。表 1儀器測(cè)量條件元素 鉛 鎘測(cè)量波長 (nm2831322818狹縫寬度 (nm113113燈電流 (mA715715 4分析步驟411消解準(zhǔn)確稱取試樣 015110g(精確至 010001g 于 50ml 聚四氟乙烯坩堝中 , 用幾滴水潤濕后加 20 30

12、ml 硝酸置電熱板上低溫加熱、 蒸發(fā)至約 5ml 時(shí) , 加入 10ml 氫氟酸、 5ml 高氯酸于電熱板上中溫加 熱除硅、 破壞有機(jī)物。視消解情況可酌量加入上 述三酸 (若試液呈深顏色應(yīng)及時(shí)補(bǔ)加 , 重復(fù)上述 消解過程。當(dāng)蒸至高氯酸白色濃煙基本冒盡且坩 堝內(nèi)容物呈淺色粘稠狀時(shí) , 取下稍冷 , 用水沖洗坩 堝蓋和內(nèi)壁 , 并加入 (1+1 硝酸溶液 2ml 溫?zé)崛?解殘?jiān)?, 全量轉(zhuǎn)移至 250ml 分液漏斗中 , 加水至約 100ml 搖勻。注意 :各地堆肥產(chǎn)品組分不同 , 所含有機(jī)質(zhì)差異 較大 , 消解時(shí)應(yīng)注意 觀察 , 酌情增減各 種酸的用量。 412萃取與測(cè)定在分液漏斗中 , 用 1

13、0%氫氧化鈉溶 液和 5%鹽酸溶液調(diào)上述消解液的 pH 值為 310, 然后加入 2%吡咯烷二硫代氨基甲 酸氨 210ml, 搖勻 , 加入 10100ml(待測(cè)元素含量較低可加入 5100ml 以提高 富集倍數(shù) 甲基異丁基甲酮 , 振搖 2min, 靜置分層 后棄去水相 , 用濾紙吸干分液漏斗中的殘留液 , 將 有機(jī)相轉(zhuǎn)入 10ml 具塞試管 , 按儀器測(cè)量條件測(cè)定 鉛、 鎘的吸光度。413空白試驗(yàn)采用上述相同步驟和試劑制備至少兩份全程 序空白溶液 , 測(cè)其吸光度。414校準(zhǔn)曲線在 250ml 分 液漏 斗中 分別 加 入 0100、 1100、 2100、 5100、 8100、 1010

14、0ml 鉛、 鎘混合標(biāo)準(zhǔn)使用液 , 再分別加入 012%硝酸溶液至 100ml 左右 , 搖勻 , 按步驟 412依次萃取、 測(cè)定其吸光度。用減去空 白的吸光度與試液中相對(duì)應(yīng)的元素濃度 (mg P L 繪 制校準(zhǔn)曲線。415測(cè)定結(jié)果堆肥樣品中鉛、 鎘的含量 W (mg P kg 按下式計(jì) 算 :W =m #(1-f 式中 , c 為試液的吸光度減去空白試驗(yàn)的吸 光度 , 然 后在校準(zhǔn)曲線上 查得鉛、 鎘的濃 度 (mg P L ; v 為試液定容的體積 , ml; m 為稱取試樣的重 f曹杰山等 :APDC-MIBK 萃取火焰原子吸收分光光度法測(cè)定生活垃圾堆肥產(chǎn)品中鉛、 鎘的研究 103試樣含

15、水量測(cè)定方法如下 :A 1為稱取試樣 510g(準(zhǔn)確至 0101g 于稱量 瓶中 , 在 105e 烘箱中烘 45h, 烘干至恒重。A 2為以百分?jǐn)?shù)表示的風(fēng)干試樣含水量 f 按 下式計(jì)算 :f (% =W 1-W 2W 1100% 式中 , f 為試樣含水量 , %; W 1為烘干前試樣 重量 , g; W 2為烘干后試樣重量 , g 。5 結(jié)果與討論511 絡(luò)合劑用量的影響按分析步驟操作 , 僅改變絡(luò)合劑用量進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。絡(luò)合劑用量與相對(duì)吸光度 (為便于比較 , 以最 大吸光度為 100, 求出各點(diǎn)相對(duì)吸光度 的關(guān)系見 圖 1?？梢?, 加入 量在 1ml 以上 , 吸光 度即 達(dá)最 大 , 以

16、下實(shí)驗(yàn)選加 2ml 。 512 水相 pH 值的影響按分析步驟操作 , 僅改變水相 pH 值進(jìn)行實(shí) 驗(yàn) , 結(jié)果如圖 2?？梢?, pH 115, 鉛、 鎘基本不被 萃取 , pH26吸光度達(dá)最大 , 以下實(shí)驗(yàn)選擇水相 pH 值為 310。513 加入絡(luò)合劑后放置時(shí)間的影響按分析步驟操作 , 加入絡(luò)合劑搖勻 , 放置不同 時(shí)間后加 MIB K 進(jìn)行萃取。放置時(shí)間加長 , 鉛、 鎘 的吸光度稍有下降。一般在加入絡(luò)合劑搖勻后 , 在 20min 內(nèi)萃取 , 對(duì)結(jié)果基本無影響。圖 1 APDC 用量的影響圖 2 水相 pH 的影響514 萃取振搖時(shí)間的影響為使金屬絡(luò)合物在兩相分配達(dá)到平衡 , 研究

17、了萃取振搖時(shí)間的影響。結(jié)果表明 , 金屬離子的 絡(luò)合物萃取 015min 尚未達(dá)到平衡 , 萃取 15min, 吸光度已達(dá)最大且恒定 , 以萃取 2min 為宜。 515 有機(jī)相中絡(luò)合物的穩(wěn)定性萃取有機(jī)相的金屬絡(luò)合物 (棄盡水相 , 在室 溫下放于 10ml 具塞試管中 , 放置不同時(shí)間進(jìn)行測(cè) 量。結(jié)果表明 , 鉛、 鎘絡(luò)合物可穩(wěn)定 4小時(shí)。 516 方法的檢出限根據(jù) IUPAC 公布的檢出限 X L =X b +3S b 的 定義 , 平行作六個(gè)全程序空白樣 , 求得鉛的檢出限 為 2mg P kg, 鎘的檢出限為 012mg P kg (按稱取 015g 機(jī)相計(jì)算 。 517 方法的精密度

18、按實(shí)驗(yàn)方法對(duì)不同地域的堆肥樣品平行測(cè)定 6次 , 測(cè)定結(jié)果表明 , 鉛、 鎘的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差 (RSD 分別在 2129%8116%和 5117%1117%之間 , 均具有良好的精密度。 518 方法的加標(biāo)回收率考慮不同地域的生活垃圾組分差別較大 , 按 實(shí)驗(yàn)方法對(duì)不同地域的堆肥樣品進(jìn)行方法的加標(biāo) 回收試驗(yàn)。其結(jié)果表明 , 華北、 華南、 華東、 西南的 5種堆肥樣品的鉛、 鎘加標(biāo)回收率分別在 8618%10712%和 8810%10810%之間 , 說明本方法 104 中 國 環(huán) 境 監(jiān) 測(cè) 第 25卷 第 4期 2009年 8月6結(jié)論研究結(jié)果表明 , 采用本法測(cè)定華北、 華南、 華 東、 西

19、南等地域堆肥樣品 , 其精密度、 準(zhǔn)確性均為 良好。本方法 的鉛、 鎘 檢出 限分別 為 2mg P kg 和 012mg P kg (按稱 取 015g 試樣消 解定容至 50ml 計(jì) 算 , 具有廣泛適用性 (歐盟規(guī)定生活垃圾堆肥產(chǎn) 品中鉛、 鎘 的最高 允許含 量分 別為 100mg P kg 和 1mg P kg, 美國 規(guī) 定污 泥 堆肥 產(chǎn) 品中 鉛 標(biāo) 準(zhǔn)限 值 300mg P kg 、 鎘標(biāo)準(zhǔn)限值 39mg P kg, 加拿大鉛、 鎘的農(nóng) 用標(biāo)準(zhǔn)限值各為 150mg P kg 和 3mg P kg, 臺(tái)灣亦規(guī)定 生活垃圾堆肥產(chǎn)品中鉛、 鎘的最高允許含量分別 為 150mg P

20、kg 和 5mg P kg 15 。本 方法 具 有靈 敏度 高、 選擇性好、 干擾少等特點(diǎn) , 可作為一種較理想 的檢驗(yàn)堆肥產(chǎn)品質(zhì)量的方法。參考文獻(xiàn) :1曹杰山等編 . 中國城 市生 活垃圾 處理 水平及 污染 現(xiàn) 狀調(diào)查 . 中國 環(huán)境 監(jiān)測(cè) 總站 , 5(2001 . 曹杰 山 等編 . 中國城市生活垃圾處 理水平 及污 染現(xiàn)狀 調(diào)查 . 內(nèi) 部 資料 , 2001.2曹杰山編 . 47個(gè)環(huán)境保護(hù)重點(diǎn)城市生活垃圾處理 設(shè) 施環(huán)境調(diào)查與 監(jiān)測(cè)結(jié) 果報(bào) 告 , 12(2002 . 曹杰 山編 . 47個(gè)環(huán)境保 護(hù)重 點(diǎn)城 市生 活垃 圾處 理設(shè) 施環(huán) 境 調(diào) 查與監(jiān)測(cè)結(jié)果報(bào)告 . 內(nèi)部資料

21、, 2002.3USEPA. 40CFR Part 503Standards for the use or disposal of sewage sludge, 2005.4European Communities:C OUNCIL REGULATION (EEC , No 2092P 91. On Organic Production of Agricultural Products and Indications Referring thereto on Agricultural Products and Foodstuffs. Annex II, Part A, M20, Compost

22、ed or Fermented Household Waste. 24June1991, OJ L 198, 22. 7. 1991. Office for Official Publications of the European Communities. CONSLEG: 1991R2092-01P 05P 2004.5Canada:Guidelines for compost quality. Canadian Council of Ministers of the Environment (CC ME . Criteria National Standard of Canada. Publication No. CC ME 106E. Ottawa, ON. TD79615C36CC ME -106E .March 1996.6魏復(fù)盛 , 曹 杰 山 . 環(huán) 境水 樣重 金 屬預(yù) 富 集與 zeeman 效應(yīng)石墨爐原子吸收分析 J.中國環(huán)境監(jiān)測(cè) , 1987, 3 (1 :4-9.7曹杰山 . 火焰原子吸 收分 光光度 法測(cè) 定生活 垃圾 堆 肥產(chǎn)品中鎳 J. 中國環(huán)境監(jiān) 測(cè) , 2006, 22(6 :40-42. 8曹杰山 . 火焰原子吸 收分 光光度 法測(cè)