基于化学增敏剂的液体阴极辉光放电技术测定溶液中的金属元素

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工农业的发展在助推经济的同时,带来了一系列环境污染问题。污染物中重金属的检测,尤其是水体中重金属的原位在线检测对环境预警尤为重要。目前,电解液阴极辉光放电原子发射光谱法(ELCAD-AES)技术是最具有潜力的金属元素在线检测方法之一。早期的ELCAD-AES对于部分元素的分析检测方面有一定的优势,如装置小型便携、成本低廉、低能耗、无需额外气体消耗、大气压空气中运行等。然而,还存在一定的不足,如液体消耗量大、检出限高、稳定性差等。为了解决上述问题,本文在建立了新的液体阴极辉光放电原子发射光谱(LCGD-AES)的基础上,通过在电解质溶液中添加有机物质,研究有机物质对LCGD-AES的增敏效应和对其分析性能的影响,同时,探究了有机增敏剂增敏的可能机理。具体内容如下:1.已构建的LCGD-AES的基础上,在电解质溶液中添加有机物进行金属元素信号增敏,并用于水中Ni的测定。详细研究了LCGD-AES的运行参数和有机增敏剂对Ni信号强度的影响。结果表明,最佳的操作条件为:放电电压660 V,溶液流速2.4 mL min-1,pH=1.0的HNO3作为支持电解质。添加5%的甲酸和1 CMC的Triton X-405对Ni的信号增强效果最为明显,分别增强1.23和7.56倍。同时,研究了共存离子对Ni的干扰,发现大多数离子对Ni没有干扰,但Cu2+和SO42-抑制了Ni的信号,分别添加5%的甲酸和1 CMC的Triton X-405进行干扰的消除研究,发现甲酸可以消除Cu2+和SO42-的干扰;Triton X-405可以消除SO42-的干扰。在pH=1.0的HNO3、甲酸和Triton X-405溶液中Ni的LOD,R2和RSD分别为0.47,0.25,0.49 mg L-1;0.9980,0.9980,0.9942和3.22%,2.09%,5.01%。在此基础上采用加标回收的方法测定了实际样品中的Ni,发现pH=1.0的HNO3、加入甲酸和Triton X-405的回收率分别为156-178%,107-115%,155-258%,说明5%甲酸可以消除样品中基质对Ni测定的干扰。因此,用甲酸增敏的LCGD-AES对Ni的测定结果准确、可靠,可用于分析测量水样品中的Ni。2.研究了在LCGD-AES中添加表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)、十六烷基三甲基氯化铵(CTAC)和Triton X-405对Ag,Cd,Cu,Mn,Pb和Zn发射强度的影响。结果表明,添加7 CMC Triton X-405可使Ag的发射强度增强4.60倍;0.15%CTAB可使Cd的强度增强2.45倍;0.1%CTAB可使Cu的强度增加1.42倍;0.05%CTAC可使Mn和Zn的强度分别增加1.73和2.41倍;0.1%CTAC可使Pb的强度增加1.76倍。Ag,Cd,Cu,Mn,Pb和Zn的LOD分别为0.013,0.027,0.021,0.018,0.15和0.049 mg L-1。另外,当不添加表面活性剂时,实际样品测定中元素的回收率为10-111%,添加后的回收率为90-111%(Ag和Mn除外),添加表面活性剂可以显著消除实际样品中基质对测定元素的干扰。此外,通过研究添加表面活性剂前后NO,NH,N2和OH的发射强度、溶液的物理性质、等离子体电子温度以及电子密度的变化,初步探究了表面活性剂增强元素信号的可能机理。3.在电解质溶液中添加低分子量有机化合物(LMWOC),例如甲酸,乙酸,甲醇和乙醇,建立了LMWOC增敏的LCGD-AES系统。结果表明,添加甲酸后Ag,Cd,Cu,Mn,Pb和Zn信号分别增强3.3,3.7,1.2,1.5,15.6和1.3倍;LOD分别从0.017,0.042,0.040,0.20,0.20,0.044 mg L-1降到0.00057,0.014,0.020,0.11,0.025,0.035 mg L-1。在实际的水样检测中,甲酸消除了基体对Cu,Mn和Zn的干扰。此外,从光谱性质、等离子体性质和电解质溶液的物理性质三方面研究了LMWOC增强元素信号的可能机理。结果发现,添加LMWOC后OH,N2,NO的谱线发生变化,其中添加甲醇和乙醇会产生CO的新谱线。等离子体特性及溶液的物理性质与元素信号的增强缺乏明确的关系。LMWOC使金属元素信号增强的可能机理为LCGD产生的活性粒子HO·氧化LMWOC生成碳自由基(·CO2H,·CH2OH),导致大量HO·的消耗,从而有利于产生大量的·H和e-,而·H和e-具有很强的还原性,它们可以还原进入等离子体区的金属离子,导致金属离子的传输效率和原子化效率提高,原子信号强度增大。
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