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斯里兰卡Hartuti,真嗣Kambara Akihiro Takeyama, Kazuhiro Kumabe Hiroshi Moritomi, ”砷在粉煤灰的直接定量分析”,分析方法在化学杂志》上, 卷。2012年, 文章的ID438701年, 6 页面, 2012年。 https://doi.org/10.1155/2012/438701
砷在粉煤灰的直接定量分析
斯里兰卡Hartuti
,1
真嗣Kambara,1
Akihiro Takeyama,1
Kazuhiro Kumabe,1
和
Hiroshi Moritomi1
1环境和可再生能源系统、岐阜大学1 - 1 Yanagido、岐阜501 - 1193,日本
文摘
一种快速、简单的方法描述基于石墨炉原子吸收光谱法直接测定砷的粉煤灰。固体样品直接引入到雾化器没有初步治疗。直接分析方法并不总是免费的谱矩阵的干扰,但稳定的砷通过添加硝酸钯(化学修饰符)和优化炉程序中的参数(温度,温度升高,时间,和氩气流)给好的结果总砷的决心。通过分析不同浓度最优炉程序确定的参考材料(NIST1633b),显示的最佳线性校准。炉项目的优化参数的灰化和原子化步骤如下:温度500 - 1200和2150°C,加热100和500°C−1,乘以90和7 s,然后介质最大和介质氩气流,分别。标定块的线性相关系数为0.9699。这个方法是验证使用arsenic-containing原煤样品按照质量平衡计算的要求;飞灰中的分布率从119%到101不等。
1。介绍
煤燃烧副产品主要由粉煤灰、底灰、锅炉渣(1]。与煤燃烧副产品相关的环境危害的担心对健康的潜在影响(2- - - - - -4]。微量元素在煤飞灰中,砷、镉、铜、汞和铅都是最令人担忧的环境危害(5]。
砷,其中最剧毒的化学物质,是一种常见semimetallic元素化镓和砷酸盐化合物。它是一种无嗅、无味,臭名昭著的有毒金属和许多同素异形的形式,对环境是危险的(6]。长期接触砷污染材料的水可能会导致各种疾病如结膜炎、角化过度,色素沉着过度,心血管疾病、周围血管和神经系统障碍,皮肤癌,坏疽,leucomelonisis, nonpitting肿胀,肝肿大,脾肿大7]。
燃煤电厂在日本网站,火山灰存储区域通常有海水和雨水(多余的水);因此,粉煤灰中的一些元素,包括砷、淋溶出多余的水。如果多余的水的砷浓度超过环境限制(0.1毫克L−1在日本),多余的水不能被抽到大海。这种情况是严重的,因为火山灰存储必须停止。
鉴于这些问题,重要的是能够迅速确定粉煤灰中砷的含量在这些网站。石墨炉原子吸收光谱法(石墨炉)是一种最可靠和强大的分析技术测定微量元素的水、土壤、临床和生物样品(8,9]。它提供了良好的灵敏度分析时间短,低成本相比,电感耦合等离子体质谱法(icp) (8),需要低的样本体积(2 - 100μL) (9]。
然而,大多数的报告基于石墨炉需要预先富集砷测定方法,分离(10- - - - - -13),和稀释步骤(10,13- - - - - -15]。这些步骤是不利的对成本和也耗费时间(16]。因此,有必要建立一个简单程序的准确测定砷固体石墨炉。然而,只有有限的研究砷的测定使用与固体样品直接采样系统(15,17,18]。
因此,本文的重点是基于石墨炉技术的发展直接测量产生的飞灰砷在几个煤pulverized-coal-fired锅炉。重点是放在炉的温度程序的优化和使用化学修饰符来最小化潜在的干扰。
2。实验
2.1。仪表
单光束原子吸收光谱仪(模型novAA400,德国耶拿分析仪器公司)配备了单色仪是用于测量。这个仪器有Czerny-Turner山与平原全息光栅系统(1800线/毫米),涵盖了从185年到900纳米波长范围。分光计结合新的transverse-heated石墨炉雾化器high-aperture光学和快速背景补偿基于优化氘空心阴极灯。光学系统提供高效的背景补偿通过平等充分吸收的透照法测量和校正。固体和液体进样模式可能快速变化和系统的调整。固体样品,样本自动称重系统(缝匠肌微量天平)和pyrolytically涂层石墨管与平台船被用作示例运营商。
2.2。标准和试剂
2.2.1。校准曲线的建造
固体样品的校准的标准样品(粉煤灰)准备从认证的参考材料NIST 1633 b(砷浓缩的。=毫克公斤−1)。NIST的1633 b物质被稀释α氧化铝(α状态”2O3)粉末的不同浓度样品做准备。一个矩阵修饰符是由溶解硝酸钯(Pd(没有3)2HNO 100 ppm)的40%3和蒸馏水。
标准样品的校准液体样本准备从参考解决方案2O3(默克pro-analysis)。标准砷溶液HNO准备在60%3和蒸馏水。矩阵由Pd(没有修饰符3)2HNO (100 ppm)的3.75%3和蒸馏水。
2.2.2。粉煤灰样品
21客观收集的飞灰样品煤pulverized-coal-fired发电过程中的静电除尘器(1000兆瓦)使用印尼煤矿原煤从不同的进口(印度尼西亚加里曼丹岛的)。分析砷浓度在这些煤飞灰样品,Pd(不添加3)2(100 ppm),直接引入石墨炉没有任何预处理(称为直接固体抽样)。
完成的验证方法,计算砷的质量平衡是必需的。这个计算涉及到原煤样品中的砷浓度测定。
2.2.3。原煤样品的预处理
原煤样品是上面描述的飞灰样品燃料来源。原煤样品中的砷浓度必须分析验证的准确性测定砷浓度的飞灰。然而,由于原煤样品中的砷浓度太高对石墨炉检测、稀释过程是必要的。
原煤样品准备通过湿破坏程序使用几个集中酸,其次是加热(200°C),冷却,过滤过程。浓酸包括HNO 60%3,60% H2所以430%,3.5%盐酸,高频。其他试剂用于治疗包括KMnO 2.5%4和5% fecl3。湿破坏后,最终得到了原煤样品液相。五原煤样品作为源21粉煤灰样品分析的研究。
2.3。测量条件
光学参数用于直接分析粉煤灰的砷(固体采样系统)和原煤样品(液体采样系统)如下:波长,193.7海里;狭缝宽度,1.2海里;灯强度,6.0 mA。进行了量化分析的峰面积,并与平台pyrolytically涂层石墨管船被用于样品的介绍。
炉的优化序列程序用于分析不同浓度的选择认证参考材料NIST提出了1633 b表1,优化炉程序开发的细节分析所有的粉煤灰样品提出了表2。
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| 最小值:0.1分钟−1中期:1.0 L分钟−1马克斯:2.0分钟−1。 |
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对于液体样品,炉程序用于分析的优化序列含有不同浓度的参考解决方案2O3表中列出3,优化炉程序开发的细节分析的所有原料煤灰样品提出了表4。
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| 中期:1.0分钟−1马克斯:2.0分钟−1。 |
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粉煤灰样品的重量范围从约0.5到2毫克,决心使用微量天平。适量的原煤样品(液体)确定的基础上,分析物灵敏度和范围从大约10到20μl .称量样本后,适当的矩阵含有硝酸钯修饰符解决方案是注入样品船,船被引入炉。指定的炉加热根据炉原子吸收测量装置程序和设置。
3所示。结果与讨论
3.1。优化固体和液体样品的仪器参数介绍
有两种波长可用于砷元素分析:193.7和197.2 nm。第二个最敏感波长砷被选中,因为砷的含量相对较高的粉煤灰和认证的参考资料确定使用原子吸收光谱法在分析执行装置。
193.7 nm,样品是完全雾化基于仪器灵敏度(100%),但随着高干扰,在197.2 nm,样品只有部分雾化(53%)较低的干扰。达到最优结果,分析193.7 nm被选中来确保一个相对大量的砷是用于检测。高干扰与砷的特点有关,已大不同的挥发性化合物,氧化物是高度不稳定的地方,和其他化合物是非常稳定的。这些属性可能会导致在热解分析物的损失,即使在第一阶段的雾化了一些化合物可以与其他元素一起蒸发;因此,在煤炭和其他元素的背景信号增加粉煤灰(19]。为了克服这个问题,增加了化学修饰符(硝酸钯)达到满意的砷在高温下稳定和减少背景信号(20.]。重复同样的实验时,背景波长没有选择,导致一个更好的信噪比。虽然这种方法不是特定于特定煤样品,所有样品一般可以应用。
灯狭缝可以调整光强,生产使用空心阴极灯。狭缝高,强度高,低狭缝,强度低。
积分时间的长度是在雾化样品接触光通过它。液体和固体样品的积分时间是不同的,因为不同性质的两种类型的样本。
3.2。直接定量分析方法的发展
为了确保分析结果的质量,所有的参数的每一步炉程序进行了优化,和适当的校准图表。
优化工作的重点是热解/灰化和雾化的步骤。最佳热解温度的最高温度没有发生损失的分析物,和最大的分析物在雾化吸光度和最小实现背景噪音。最优原子化温度的最低温度达到完整的分析物和快速蒸发和可再生的信号(峰的高度和形状)的记录。
煤飞灰样品,使用优化的实验进行了炉程序见表2。炉的优化项目集中在灰化和原子化步骤。进行了两次干燥步骤实现正确的干燥,所以矩阵修改器溶剂(蒸馏水)没有造成飞溅。干灰化,高温500至1200°C用于蒸发剩余的水和其他挥发性材料和转换任何有机物质在空气中的氧气的存在有限公司2H2O, N2(21]。
对于每一步,保持时间和惰性氩气流进行了研究。在灰化步骤中,惰性气体的最大流量,之所以选择它是因为它是必要的样本矩阵分解的气体产品。雾化的步骤,温度为2150°C的基础上使用需要蒸发砷,维持一个低背景信号,不干扰测量,并实现一个好水平的敏感性分析物的峰的信号。的液体采样系统(原煤样品),使用优化的实验进行了炉程序见表4。这个炉的优化程序也集中在热解和雾化的步骤。再次干燥步骤进行实现正确的干燥的溶剂矩阵修饰符(蒸馏水)没有造成飞溅。干燥的热解过程,高温1500°C用于蒸发剩余的水和其它挥发性材料和转换任何有机物质在空气中的氧气有限公司2H2O, N2。对于每一步,保持时间和惰性(氩)气体流率进行了研究。在热解步骤中,惰性气体的最大流量再次被选中是因为它是必要的样本矩阵的分解气体产品。雾化的步骤中,使用温度2500°C实现低背景信号,在这种情况下不干扰测量和信号峰值的好水平的敏感性的分析物。
3.3。建立固体和液体样品的质量参数介绍
校准曲线是由策划的平均峰面积与浓度,并计算回归方程。总吸光度和背景信号记录在雾化炉项目的步骤砷蒸发时,从分子到原子分裂。仪器记录每个给定浓度产生的吸收。
对于固体样品,通过分析四种不同的线性测量浓度(136.2,68.1,34.05,17.02,0毫克公斤−1NIST 1633 b)认证的参考材料。相关系数(r(图0.9699)从分析获得1)。对于液体样品,通过分析四种不同的线性测量浓度(10、2、1,0.5,0 mg L−1)的参考解决方案2O3。相关系数(r从这个分析(图0.9980)获得2)。
3.4。数量的粉煤灰样品中的砷
优化炉程序允许砷的测定煤灰和原煤样品。结果的分析21粉煤灰和5原煤样品表中可以看到5。
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五原煤样品。 * * 21粉煤灰样品。 * * * F和G是相同的原煤样品。 * * * * H和我是相同的原煤样品。 |
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EP 3样品中砷的浓度往往要大于在EP 2样品,砷浓度EP 2样品往往要大于在EP 1样本。这一趋势可以解释不同粒径的样品;粒子大小的顺序增加EP 3 < EP 2 < EP 1。的表面积较小的粒子大小使更高的吸收砷的样品。
原煤样品的数据被用来验证方法的准确性。质量平衡(粉煤灰中砷的分布率)是由以下公式计算: 在哪里是砷的分布比例(%),是吗灰粉煤灰的平均砷浓度(EP - 1, 2, 3)(毫克公斤吗−1煤干燥的基础),原煤的砷浓度(毫克公斤吗−1煤干燥的基础),砷的浓度在原煤在灰的基础上(毫克公斤吗−1煤炭、干基)和是在原煤灰分(%,干基)。
质量平衡的结果值为每个原煤样品(E, F, G, H, J和K)如表所示6。
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4所示。结论
根据获得的结果,我们得出这样的结论:固体样品中砷的直接定量分析(粉煤灰)是可能使用发达石墨炉原子吸收光谱(GF-AAS)方法。确定验证参数的开发方法通常可接受的范围为这种类型的分析,和良好的质量平衡的百分比表示方法的准确性。因此,该方法是一种简单、准确、快速的技术可以用来定期确定粉煤灰中的砷。
确认
作者感谢岐阜大学水环境领袖奖学金和德国耶拿分析仪器公司Ag(德国耶拿)novAA 400原子吸收光谱仪的使用。
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