一种基于等离子体电感耦合原子吸收光谱检测烟气中痕量金属颗粒形态的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种基于等离子体电感耦合原子吸收光谱检测烟气中痕量金属颗粒形态的方法，属于颗粒形态金属检测技术领域。
【背景技术】
[0002]环境中的重金属物质可能危害人体健康，在空气灰尘，水体和土壤中可能分布有某些重金属物质。在现代工业生产的发展中，重金属物质从矿石中被开采出来，通过大气携带，水体流动，和人类的运输过程，逐步在我们身边的环境中扩散，最终通过空气，饮用水和食物进入人体，对健康造成负面的影响。众所周知，不同形态的重金属有着不同的毒性。离子形态的重金属易于迀移，往往毒性强。颗粒形态的重金属，迀移性能弱于离子，毒性也较弱。同是颗粒形态，阴离子不同，重金属的毒性也不同。比如说，碳酸镉，氧化镉和硫化镉的生理毒性就依次减弱。
[0003]目前重金属形态研宄通常采用顺序提取法，其中最主要的是欧盟提出的三步提取法(简称BCR法)。该方法采用不同溶解性能的溶剂依次萃取待测样品，离心分离后检测上层清液中的重金属离子浓度，得到不同溶解能力的重金属含量。该方法适用于检测含量在万分之几至百分之几的样品。如果样品中重金属的含量低至百万分之几，由于操作和难溶性样品扩散带来的误差会严重的影响结果的准确性。
[0004]液相色谱ICP联用能够检测样品中极低含量的重金属。但仅限于可以被液相色谱分离的重金属离子和有机结合态的重金属。通过这类物质在液相色谱中不同的出峰时间确定其化学结构。重金属颗粒不能被液相色谱定性分离，也就不能采用液相色谱研宄极低含量的重金属颗粒。配有能谱分析仪的电子显微镜能观测到尺寸很小的重金属颗粒，通过能谱扫描获得颗粒的元素组成信息。但在烟气样品中重金属含量低，样品中含有大量高浓度的有机物，电镜不能从有机物背景中分辨出尺寸很小数量很少的重金属颗粒。动态光散射能够获得样品中颗粒的尺寸和数目的信息，但在烟气样品中容易受到其他物质的干扰，同时该技术也无法获得颗粒中的元素组成信号。
【发明内容】
[0005]针对现有技术中对各种检测固态金属离子的方法存在的缺陷，本发明的目的是在于提供一种简单快速检测烟气中痕量固体金属颗粒形态的方法，该方法可耐复杂背景的干扰、检测效率高，检测下限低，能获得烟气中金属颗粒形态的尺寸和数目等形态分布数据。
[0006]本发明提供了一种基于等离子体电感耦合原子吸收光谱检测烟气中痕量金属颗粒形态的方法，其特征在于，包括以下步骤:
[0007]步骤一:将已知浓度的含有待测金属离子的标准溶液连续泵入ICP中进行等离子化，用OES检测器连续采集待测金属元素的各单个信号，根据标准溶液中待测金属离子的浓度和泵入ICP的标准溶液的体积以及待测金属元素的总信号强度，计算出待测金属元素的单位信号强度对应的待测金属离子的质量；
[0008]步骤二:通过溶剂收集烟气获得含金属颗粒的待测溶液，通过步骤一的方法连续采集待测液中待测金属元素的单个信号，通过各单个信号分析得到待测溶液中金属颗粒的大小及数目的形态分布图，获得的单个信号的数目等于待测溶液中含有待测金属元素的金属颗粒的数目，通过各单个信号强度分别计算出各个金属颗粒中待测金属元素的质量。
[0009]本发明的通过等离子体电感耦合原子吸收光谱检测烟气中痕量金属颗粒形态的方法还包括以下优选方案:
[0010]优选的方案中待测金属离子为镉离子、铅离子、铜离子、铁离子、锌离子、铬离子、镁离子、砷离子、金离子、银离子或锡离子。
[0011]优选的方案中步骤一中先通过待测金属元素的各单个信号强度计算出该待测金属元素总的信号强度，根据标准溶液中待测金属离子的浓度和泵入ICP的标准溶液的体积计算出标准溶液中的待测金属离子的总质量，再以标准溶液中待测金属离子的总质量除以该待测金属离子的总信号强度得到该待测金属离子单位信号强度对应的待测金属离子的质量。其中，泵入ICP的标准溶液总体积=雾化效率X用于测试的标准溶液的总体积；用于测试的标准溶液的总体积=泵入速率X检测时间。
[0012]优选的方案中步骤二中通过待测金属元素的单个信号强度乘以校正系数得到单个金属颗粒中含该待测金属元素的质量，校正系数等于标准溶液中待测金属离子的总质量除以该待测金属离子的总信号强度。其中，金属颗粒中待测金属元素的质量=校正系数X待测金属元素的信号强度；校正系数=标准溶液中待测金属离子总质量+待测金属离子的总信号强度。
[0013]优选的方案中待测溶液中金属颗粒的尺寸大小为I纳米?500纳米。
[0014]优选的方案中检测分析时间段为10秒?60秒。
[0015]优选的方案中采样间隔时间为0.1ms?50ms的采样间隔，采集数目为I万?20万个连续的单个信号。
[0016]优选的方案中待测液中金属颗粒的浓度为0.01?0.1 μ g/Lo
[0017]优选的方案中溶剂为水、甲醇、乙醇、丙酮中的至少一种。
[0018]优选的方案中通过溶剂收集烟气，再用去离子水稀释至金属颗粒的浓度为0.01?0.lug/L后，超声分散，得到金属颗粒分散均匀的待测溶液。
[0019]优选的方案中待测溶液泵入ICP中，金属颗粒在ICP中被等离子化，生成带正电的金属离子，OES检测器以极高的频率采集待测金属离子信号，将收集到的波长信号汇集起来，得到样品溶液中金属颗粒的形态分布图。
[0020]本发明的方法中OES检测器采集到的总信号数目等于进入ICP的溶液中金属颗粒的总数目，其中，含有待测金属元素的信号目数，即为含有该种待测金属元素的金属颗粒数目。待测金属元素的单个信号的信号强度乘以校正系数等于该金属颗粒中待测金属元素的质量；通过该方法可以求得总溶液中金属颗粒的数目和尺寸。
[0021]本发明的有益效果:本发明首次采用等离子体电感耦合原子吸收光谱检测烟气中痕量金属颗粒形态，可以有效获得烟气中金属颗粒的尺寸和数目等形态分布数据，定量分析出各种金属，该方法操作简单，检测效率极高，能够忍耐复杂背景的干扰，检测下限极低。
【附图说明】
[0022]【图1】为实施例1中50ppb的硝酸镉水溶液的ICP-OES图谱；
[0023]【图2】为实施例1中卷烟烟气中镉元素的ICP-OES图谱；
[0024]【图3】为实施例2中1ppb的硝酸铅水溶液