原子荧光法测定镉元素的技术研究

2020-03-07李金桥

生物化工 2020年1期

李金桥

（乳源瑶族自治县东阳光高纯新材料有限公司，广东韶关 512700）

ROSH标准的实施对铝板带箔中重金属提出检测与监控要求，其中镉是重点监控的重金属元素之一。镉残留人体，导致骨痛，产生致癌、致畸、致突变性等风险。因此，镉的环境监测与控制是一个重要课题，原子荧光光谱法是目前测定镉元素最为优良的方法。

镉的氢化物发生是由镉与硼氢化物接触形成镉离子与硼氢化物的配合物，硼氢化物中的氢向镉原子转移，配合物在反应体系中氢离子的促进下分解，形成镉的挥发性氢化物。在这过程中，反应体系的酸度、络合剂荧光增敏剂、金属离子荧光增敏剂、表面活性剂荧光增敏剂、硼氢化物的浓度以及硼氢化物溶液中的碱度等将直接影响镉的挥发性氢化物的形成。镉的挥发性氢化物在氩-氢火焰中原子化，并在特质空心阴极灯的光辐射下被激发，随后在去激发的过程中发射出一定波长的光辐射——原子荧光。原子荧光被日盲光电倍增管转化为电信号，进入信号记录仪，完成镉元素的分析[1-3]，上述化学反应过程如下所示：

因此，本文研究镉的氢化物发生历程，以及增光增敏剂的作用机理，进而选择最优条件以及最佳试剂配比进行原子荧光分光光度计对镉元素的分析。

1 材料与方法

1.1 实验材料

试验采用自制104μm、铝纯度≥99.98%的铝电解电容器用光箔；主要试剂有H3PO4（85%，分析纯，西陇科技）、HCl（38%，分析纯，西陇科技）、H2SO4（98%，分析纯，西陇科技）、HNO3（68%，分析纯，光华科技）。主要设备和仪器有北京吉天仪器公司的AFS-820双通道原子荧光光谱仪、用玻璃器皿，玻璃器皿使用前应清洗干净后用20% HNO3（68%，分析纯，光华科技）浸泡不小于24h后，再用二级水冲洗干净备用。

1.2 试验方法

1.2.1 酸介质的选择

镉的挥发性氢化物需要在一定的酸度下反应，因此选用盐酸、硝酸、硫酸和磷酸等多种常用无机酸进行试验，以1 μg/L镉标准溶液，测试不同无机酸条件下，与还原剂进行反应的荧光强度值。

1.2.2 荧光增敏剂配比的选择

以2%盐酸为介质，以1μg/L镉标准溶液，与还原剂进行反应，分别以质量分数为0.05%、0.10%、0.50%、1.00%、2.00%、3.00%、5.00%的硫脲与质量浓度为 1.0 mg/L、2.0 mg/L、3.0 mg/L、4.0 mg/L、5.0 mg/L、10.0 mg/L、15.0 mg/L 的钴离子一一配对，每组配比测试10次，取10次荧光强度的平均值作为结果，比较不同质量分数的硫脲配不同质量浓度的钴离子的荧光增敏效果。

1.2.3 还原剂的选择

以2%盐酸为介质，配制1μg/L镉标准溶液,溶液中含有质量分数为0.50%的硫脲与质量浓度为3.0 mg/L的钴离子，与不同配比的氢氧化钾—硼氢化钾混合溶液进行反应，每组配比测试10次，取10次荧光强度的平均值作为结果，比较不同配比氢氧化钾—硼氢化钾条件下荧光强度的变化。

2 结果与分析

2.1 酸介质的选择

不同无机酸条件下所得荧光强度如图1所示。HNO3介质作用下，镉的荧光强度显著低于其他酸介质。这是由于HNO3具有强氧化性，优先大量消耗硼氢化物，使得镉的挥发性氢化物产生率异常低。此外，由于H2SO4和H3PO4的粘度均较高，使得镉离子与硼氢化物接触反应受到抑制，进而使得镉的挥发性氢化物生成速率较低。由此可得，在粘度低、具有还原性的HCl介质中，镉元素的荧光强度较高，即分析灵敏度较高。

图1 酸介质对镉原子荧光强度的影响

2.2 荧光增敏剂配比的选择

比较不同质量分数的硫脲配不同质量浓度的钴离子的荧光增敏效果，结果如表1所示。硫脲与钴离子混合后，效果最佳配比为质量分数0.50%的硫脲与质量浓度3.0 mg/L的钴离子混合。荧光强度平均值为3569.50。相比于单独使用硫脲或单独使用钴离子作用下的荧光增敏效果，硫脲与钴离子混合后，荧光增敏效果有明显增强，即硫脲与钴离子混合后有明显的效果叠加作用。

表1 荧光增敏剂配比对镉原子荧光强度的影响

2.3 还原剂的选择

不同配比氢氧化钾—硼氢化钾混合溶液对荧光强度的影响如表2所示。还原剂采用质量分数为0.5%的氢氧化钾与质量分数为3%的硼氢化钾时，荧光强度最高，效果最佳。

表2 硫脲与钴离子混合使用对镉原子荧光强度的影响

氢氧化钾的质量浓度影响镉的原子荧光强度，主要是由于氢氧化钾会影响反应体系的pH值。当氢氧化钾质量浓度低时，体系中反应剩余的氢离子浓度偏高。剩余的氢离子竞争镉离子与硼氢化钾反应，影响镉的挥发性氢化物的生成速率。而当氢氧化钾质量浓度高时，反应体系中酸性会减弱，酸性弱时，电负性弱的镉离子与硼氢化钾结合形成的络合物相对稳定，生成挥发性氢化物的速率下降。

硼氢化钾的质量浓度会影响镉的原子荧光强度，当硼氢化钾的质量浓度低时，硼氢化钾的量不足以与所有的镉离子反应，使镉离子转化为镉的挥发性氢化物的转化率下降。而当硼氢化钾的质量浓度过高时，过量的硼氢化钾与溶液中的氢离子反应，使得溶液中的氢离子浓度迅速下降，反应体系中局部酸度下降，影响镉与硼氢化钾形成的络合物分解速率，降低镉的挥发性氢化物的生成速率。同时，硼氢化钾与氢离子反应生成氢气，“稀释”镉的挥发性氢化物，降低荧光强度。