APDC_MIBK萃取火焰原子吸收分光光度法测定生活垃圾堆肥

1、APDC-MIBK 萃取火焰原子吸收分光光度法测定 生活垃圾堆肥产品中铅 、 镉的研究曹杰山 1, 汪文鹏 2(11中国环境监测总站 , 北京 100012; 21湖北省环境监测中心站 , 湖北 武汉 430072摘 要 :通过试验研究 , 建立了硝酸 -氢氟酸 -高氯酸消解 、 APDC-MIB K 萃取火焰 原子吸收分 光光度法 测定生活垃 圾 堆肥产品中的铅 、 镉 。 该方法铅的检出限为 2mg P kg, 镉的检出 限为 012mg P kg (按称取 015g 试 样消解定 容至 50ml 计 算 , 用于不同地 域堆肥样品测定 , 铅 、 镉的相 对标 准偏 差 (RSD 分 别

2、为 2129%8116%和 5117%1117%, 加 标回收 率介 于 8618%10712%和 8810%10810%之间 。关键词 :火焰原子吸收分光光度法 ; APDC-MIBK 萃取 , 铅 ; 镉 ; 生活 垃圾 ; 堆肥产品 中图分类号 :X830 文献标识码 :A 文章编号 :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基金项目 :国家环保总局国家标准编制计划项 目 (2003 508 作者简介 :曹杰山 (1948- , 男 , 北京人 , 研究员 .生活垃圾污染环境、 危害人体健康已成为现 代城市亟待解决的问题。堆肥处理作为生活垃圾 减量化、 无害化和资源化的代表技术之一被世界 很多国家采用 , 因其适合我国经济技术水平并能 促进农业发展而被广泛应用 1,2。为防止堆肥产 品中重金属等有害物质对环境影响及对人体健康

7、的危害 , 美国、 欧盟、 加拿大等发达国家都制订了 垃圾堆肥产品质量标准体系 3-5, 并规定其检验 和监督方法 , 基于上述 , 制订 5生活垃圾堆肥污染 物控制标准及测量方法 6已势在必行。鉴于用直 接火焰原子吸收分光光度法测定生活垃圾堆肥产 品中的铅、 镉常嫌灵敏度不够或不能克服集体干 扰而必须结合化学分离预富集操作 , 本文研究了 用 APDC-MIB K 萃取体系同时分离富集铅、 镉的 最佳条件 6, 同时也对样品预处理方法、 测定条件等 710进行了研究和讨论。分析结果表明 , 样品经 硝 酸 -氢 氟 酸 -高 氯 酸 完 全 消解、 APDC -MIBK 萃取火焰原子吸收法测

8、定的精密度和准确 度均为良好 , 可作为一种较理想的检验堆肥产品 质量方法。1 方法原理采用硝酸 -氢氟酸 -高氯酸消解堆肥样品 , 使试样中的铅、 镉全部进入试液中。被测金属离 子与吡咯烷二硫代氨基甲酸氨络合后萃取甲基异 丁基甲酮。将有机相喷入空气 -乙炔火焰中 , 分 别于 28313nm 和 22818nm 处测 量铅、 镉基态原子 对其 空 心阴 极灯 发 射的 特 征谱 线 的吸 收 进行 定量。第 25卷 第 4期 2009年 8月 中 国 环 境 监 测 Environmental Monitoring i n China Vol. 25 No. 4Aug. 20092样品的采集

9、、 保存与制备211样品的采集与保存将采集的堆肥样品 11-14(不少于 1kg 去除杂 物后混匀 , 用四 分法将样品缩 分至约 500g, 装于 洁净、 干燥的 500ml 具有磨口塞的广口瓶或聚乙 烯瓶中 , 密封。212试样制备将上述瓶中样品混匀后再经两次缩分取出约 100g 风干 , 迅速研磨至全部通过 110mm 尼龙筛 , 混匀后备用。3试剂和仪器311所用试剂硝酸、 盐酸、 氢氟酸、 高氯酸、 氢氧化钠均为优 级纯 , 水为去离子水。硝酸 溶 液 (1+1 ; 硝 酸 溶 液 , 体 积 分数 为 012%; 盐酸 溶液 , 体 积分 数为 5%; 氢 氧化 钠溶 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 :将 210g 吡咯烷二硫代 氨基甲酸氨溶于 100ml 水中 , 用时现配。 甲基异丁基甲酮 (MIBK, C 6H 12O 。铅标准贮备液 (11000mg P ml :称取 110000g 光 谱纯金属铅于 50ml 烧杯中 , 加入 (1+1 硝酸溶液 20ml, 温热 , 溶解后转移至 1000ml 容量瓶中 , 用水 定容至标线 , 摇匀。镉标准贮备液 (11000mg P ml :称取 110000g 光 谱纯金属镉粒于 50ml 烧杯中 , 加入

11、 (1+1 硝酸溶 液 20ml, 温热溶解后转移至 1000ml 容量瓶中 , 用 水稀释至标线 , 摇匀。铅、 镉混合标准使 用液 (铅 2010mg P L 、 镉 210 mg P L :用 012%硝酸溶液逐级稀释铅、 镉标准贮 备液配制。312仪器和测量条件原子吸收分光光度计 , 铅、 镉空心阴极灯。仪 器的测量条件见表 1。表 1仪器测量条件元素 铅 镉测量波长 (nm2831322818狭缝宽度 (nm113113灯电流 (mA715715 4分析步骤411消解准确称取试样 015110g(精确至 010001g 于 50ml 聚四氟乙烯坩埚中 , 用几滴水润湿后加 20 30

12、ml 硝酸置电热板上低温加热、 蒸发至约 5ml 时 , 加入 10ml 氢氟酸、 5ml 高氯酸于电热板上中温加 热除硅、 破坏有机物。视消解情况可酌量加入上 述三酸 (若试液呈深颜色应及时补加 , 重复上述 消解过程。当蒸至高氯酸白色浓烟基本冒尽且坩 埚内容物呈浅色粘稠状时 , 取下稍冷 , 用水冲洗坩 埚盖和内壁 , 并加入 (1+1 硝酸溶液 2ml 温热溶 解残渣 , 全量转移至 250ml 分液漏斗中 , 加水至约 100ml 摇匀。注意 :各地堆肥产品组分不同 , 所含有机质差异 较大 , 消解时应注意 观察 , 酌情增减各 种酸的用量。 412萃取与测定在分液漏斗中 , 用 1

13、0%氢氧化钠溶 液和 5%盐酸溶液调上述消解液的 pH 值为 310, 然后加入 2%吡咯烷二硫代氨基甲 酸氨 210ml, 摇匀 , 加入 10100ml(待测元素含量较低可加入 5100ml 以提高 富集倍数 甲基异丁基甲酮 , 振摇 2min, 静置分层 后弃去水相 , 用滤纸吸干分液漏斗中的残留液 , 将 有机相转入 10ml 具塞试管 , 按仪器测量条件测定 铅、 镉的吸光度。413空白试验采用上述相同步骤和试剂制备至少两份全程 序空白溶液 , 测其吸光度。414校准曲线在 250ml 分 液漏 斗中 分别 加 入 0100、 1100、 2100、 5100、 8100、 1010

14、0ml 铅、 镉混合标准使用液 , 再分别加入 012%硝酸溶液至 100ml 左右 , 摇匀 , 按步骤 412依次萃取、 测定其吸光度。用减去空 白的吸光度与试液中相对应的元素浓度 (mg P L 绘 制校准曲线。415测定结果堆肥样品中铅、 镉的含量 W (mg P kg 按下式计 算 :W =m #(1-f 式中 , c 为试液的吸光度减去空白试验的吸 光度 , 然 后在校准曲线上 查得铅、 镉的浓 度 (mg P L ; v 为试液定容的体积 , ml; m 为称取试样的重 f曹杰山等 :APDC-MIBK 萃取火焰原子吸收分光光度法测定生活垃圾堆肥产品中铅、 镉的研究 103试样含

15、水量测定方法如下 :A 1为称取试样 510g(准确至 0101g 于称量 瓶中 , 在 105e 烘箱中烘 45h, 烘干至恒重。A 2为以百分数表示的风干试样含水量 f 按 下式计算 :f (% =W 1-W 2W 1100% 式中 , f 为试样含水量 , %; W 1为烘干前试样 重量 , g; W 2为烘干后试样重量 , g 。5 结果与讨论511 络合剂用量的影响按分析步骤操作 , 仅改变络合剂用量进行实验。络合剂用量与相对吸光度 (为便于比较 , 以最 大吸光度为 100, 求出各点相对吸光度 的关系见 图 1。可见 , 加入 量在 1ml 以上 , 吸光 度即 达最 大 , 以

16、下实验选加 2ml 。 512 水相 pH 值的影响按分析步骤操作 , 仅改变水相 pH 值进行实 验 , 结果如图 2。可见 , pH 115, 铅、 镉基本不被 萃取 , pH26吸光度达最大 , 以下实验选择水相 pH 值为 310。513 加入络合剂后放置时间的影响按分析步骤操作 , 加入络合剂摇匀 , 放置不同 时间后加 MIB K 进行萃取。放置时间加长 , 铅、 镉 的吸光度稍有下降。一般在加入络合剂摇匀后 , 在 20min 内萃取 , 对结果基本无影响。图 1 APDC 用量的影响图 2 水相 pH 的影响514 萃取振摇时间的影响为使金属络合物在两相分配达到平衡 , 研究

17、了萃取振摇时间的影响。结果表明 , 金属离子的 络合物萃取 015min 尚未达到平衡 , 萃取 15min, 吸光度已达最大且恒定 , 以萃取 2min 为宜。 515 有机相中络合物的稳定性萃取有机相的金属络合物 (弃尽水相 , 在室 温下放于 10ml 具塞试管中 , 放置不同时间进行测 量。结果表明 , 铅、 镉络合物可稳定 4小时。 516 方法的检出限根据 IUPAC 公布的检出限 X L =X b +3S b 的 定义 , 平行作六个全程序空白样 , 求得铅的检出限 为 2mg P kg, 镉的检出限为 012mg P kg (按称取 015g 机相计算 。 517 方法的精密度

18、按实验方法对不同地域的堆肥样品平行测定 6次 , 测定结果表明 , 铅、 镉的相对标准偏差 (RSD 分别在 2129%8116%和 5117%1117%之间 , 均具有良好的精密度。 518 方法的加标回收率考虑不同地域的生活垃圾组分差别较大 , 按 实验方法对不同地域的堆肥样品进行方法的加标 回收试验。其结果表明 , 华北、 华南、 华东、 西南的 5种堆肥样品的铅、 镉加标回收率分别在 8618%10712%和 8810%10810%之间 , 说明本方法 104 中 国 环 境 监 测 第 25卷 第 4期 2009年 8月6结论研究结果表明 , 采用本法测定华北、 华南、 华 东、 西

19、南等地域堆肥样品 , 其精密度、 准确性均为 良好。本方法 的铅、 镉 检出 限分别 为 2mg P kg 和 012mg P kg (按称 取 015g 试样消 解定容至 50ml 计 算 , 具有广泛适用性 (欧盟规定生活垃圾堆肥产 品中铅、 镉 的最高 允许含 量分 别为 100mg P kg 和 1mg P kg, 美国 规 定污 泥 堆肥 产 品中 铅 标 准限 值 300mg P kg 、 镉标准限值 39mg P kg, 加拿大铅、 镉的农 用标准限值各为 150mg P kg 和 3mg P kg, 台湾亦规定 生活垃圾堆肥产品中铅、 镉的最高允许含量分别 为 150mg P

20、kg 和 5mg P kg 15 。本 方法 具 有灵 敏度 高、 选择性好、 干扰少等特点 , 可作为一种较理想 的检验堆肥产品质量的方法。参考文献 :1曹杰山等编 . 中国城 市生 活垃圾 处理 水平及 污染 现 状调查 . 中国 环境 监测 总站 , 5(2001 . 曹杰 山 等编 . 中国城市生活垃圾处 理水平 及污 染现状 调查 . 内 部 资料 , 2001.2曹杰山编 . 47个环境保护重点城市生活垃圾处理 设 施环境调查与 监测结 果报 告 , 12(2002 . 曹杰 山编 . 47个环境保 护重 点城 市生 活垃 圾处 理设 施环 境 调 查与监测结果报告 . 内部资料

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魏复盛 , 曹 杰 山 . 环 境水 样重 金 属预 富 集与 zeeman 效应石墨炉原子吸收分析 J.中国环境监测 , 1987, 3 (1 :4-9.7曹杰山 . 火焰原子吸 收分 光光度 法测 定生活 垃圾 堆 肥产品中镍 J. 中国环境监 测 , 2006, 22(6 :40-42. 8曹杰山 . 火焰原子吸 收分 光光度 法测