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HJ 1133—2020 环境空气和废气 颗粒物中砷 、硒、 铋 、锑的测定 原子荧光法

[2022-04-20]

警告: 硝酸和盐酸具有强腐蚀性和强氧化性,样品消解过程应在通风橱内进行,实验人 员应注意佩戴防护器具,避免吸入呼吸道或接触皮肤和衣物。

1  适用范围

 

本标准规定了测定环境空气和废气颗粒物中砷、硒、铋、锑四种元素的原子荧光法。

本标准适用于环境空气、无组织排放监控点空气和固定污染源有组织排放废气颗粒物中 砷(As) 、硒(Se) 、铋(Bi) 、锑(Sb)的测定。

当环境空气采样量为 150 m3 (实际状态),样品预处理定容体积为 50.0 ml 时,方法的 检出限为 0.2 ng/m3~2 ng/m3 ,测定下限为 0.8 ng/m3~8 ng/m3;无组织排放监控点空气采样 量为 50 m3(标准状态),样品预处理定容体积为 50.0 ml 时,方法检出限为 0.4 ng/m3~4 ng/m3, 测定下限为 1.6 ng/m3~16 ng/m3;固定污染源有组织排放废气采样量为 0.600 m3(标准状态 干烟气),样品预处理定容体积为 100.0 ml 时,方法检出限为 0. 1 g/m3~0.7 g/m3 ,测定下 限为 0.4 g/m3~2.8 g/m3 。详见附录 A。

 

2  规范性引用文件

 

本标准引用了下列文件或其中的条款。凡是不注日期的引用文件,其有效版本适用于本 标准。

GB/T 16157    固定污染源排气中颗粒物测定与气态污染物采样方法

GB/T 21191    原子荧光光谱仪

HJ/T 48          烟尘采样器技术条件

HJ/T 55          大气污染物无组织排放监测技术导则

HJ 93              环境空气颗粒物(PM10 和 PM2.5 )采样器技术要求及检测方法

HJ 194            环境空气质量手工监测技术规范

HJ/T 374        总悬浮颗粒物采样器技术要求及检测方法

HJ/T 397        固定源废气监测技术规范

HJ 664            环境空气质量监测点位布设技术规范(试行)

 

3  方法原理

 

用滤膜或滤筒采集空气或废气中颗粒物,样品经硝酸-盐酸混合酸消解后,进入原子荧 光光谱仪,试样中的砷、硒、铋、锑在酸性条件下与硼氢化钾(或硼氢化钠) 发生氧化还原 反应,生成砷化氢、硒化氢、铋化氢、锑化氢气体,氢化物在氩氢火焰中形成基态原子,在


元素灯(砷、硒、铋、锑) 发射光的激发下产生原子荧光,在一定浓度范围内原子荧光强度 与试液中元素的含量成正比。

4  干扰和消除

 

铜等过渡金属元素可能对测定有干扰,加入硫脲-抗坏血酸混合溶液(5. 17),可以基本

消除干扰。在本标准的实验条件下,样品中含 100 mg/L 以下的 Cu2+ 、50 mg/L 以下的 Fe3+、 1 mg/L 以下的 Co2+ 、10 mg/L 以下的 Pb2+和 150 mg/L 以下的 Mn2+不影响测定。

 

5  试剂和材料

 

除非另有说明,分析时均使用符合**标准的分析纯试剂,实验用水为新制备的去离子 水或蒸馏水。

5.1  盐酸: ρ (HCl)=1. 19 g/ml ,优级纯。

5.2  硝酸: ρ (HNO3 )=1.42 g/ml ,优级纯。

5.3  氢氧化钾(KOH)。

5.4  氢氧化钠(NaOH)。

5.5  硼氢化钾(KBH4 )。

5.6  硫脲(CH4N2S)。

5.7  抗坏血酸(C6H8O6 )。

5.8  三氧化二砷(As2O3 ):优级纯。

5.9  硒粉: 高纯(质量分数 99.99%以上) 。

5.10  铋: 高纯(质量分数 99.99%以上) 。

5.11  三氧化二锑(Sb2O3 ):优级纯。

5.12  盐酸溶液: 5+95

量取 50 ml 盐酸(5. 1)溶于约 500 ml 水中,再用水稀释并定容至 1 L。

5.13  盐酸溶液: 1+1

量取 500 ml 盐酸(5. 1)溶于约 400 ml 水中,再用水稀释并定容至 1 L。

5.14  盐酸溶液: c(HCl)=1 mol/L

量取 41.6 ml 盐酸(5. 1)溶于一定量的水中,再用水稀释至 500 ml。

5.15  硝酸-盐酸混合溶液

分别量取 55.5 ml 硝酸(5.2)及 166.5 ml 盐酸(5. 1),溶于约 500 ml 水中,再用水稀

释并定容至 1 L。

5.16  硼氢化钾溶液: ρ(KBH4 )=20 g/L

称取 0.5 g 氢氧化钾( 5.3)溶于 100 ml 水中,玻璃棒搅拌至完全溶解后,再加入 2.0 g

硼氢化钾(5.5),搅拌溶解,用时现配。

注:也可以用氢氧化钠、硼氢化钠配制硼氢化钠溶液。

5.17  硫脲-抗坏血酸混合溶液

称取硫脲(5.6)、抗坏血酸(5.7)各 5 g ,用 100 ml 水溶解,混匀,用时现配。


5.18  氢氧化钠溶液: c(NaOH)=1 mol/L

称取 20.0 g  氢氧化钠(5.4)溶于水,冷却后稀释至 500 ml。

5.19  砷标准溶液

5.19.1  砷标准贮备液: ρ (As )=100 mg/L

购买市售有证标准物质,或称取 0. 1320 g 经过 105℃干燥 2 h 的优级纯三氧化二砷(5.8)

溶解于 5 ml 氢氧化钠溶液(5. 18)中,用盐酸溶液(5. 14)中和至酚酞红色褪去,用水定容 至 1000 ml ,混匀。4℃下可存放 2 年。

5.19.2  砷标准中间液: ρ (As )=1.00 mg/L

移取 5.00 ml 砷标准贮备液(5. 19. 1),置于 500 ml 的容量瓶中,加入 100 ml 盐酸溶液

(5. 13),用水定容至标线,混匀。4℃下可存放 1 年。

5.19.3  砷标准使用液: ρ (As )=100 μg/L

移取 10.00 ml 砷标准中间液(5. 19.2),置于 100 ml 容量瓶中,加入 20 ml 盐酸溶液(5. 13),

用水定容至标线,混匀。4℃下可存放 30 d。

5.20  硒标准溶液

5.20.1  硒标准贮备液: ρ (Se )=100 mg/L

购买市售有证标准物质,或称取 0. 1000 g 硒粉(5.9),置于 100 ml 烧杯中,加 20 ml

硝酸(5.2)低温加热溶解后冷却至温室,移入 1000 ml 容量瓶中,用水定容至标线,混匀。 4℃下可存放 2 年。

5.20.2  硒标准中间液: ρ (Se )=1.00 mg/L

移取 5.00 ml 硒标准贮备液(5.20. 1),置于 500 ml 的容量瓶中,加入 200 ml 盐酸溶液

(5. 13),用水定容至标线,混匀。4℃下可存放 100 d。

5.20.3  硒标准使用液: ρ (Se )=100 μg/L

移取 10.00 ml 硒标准中间液(5.20.2),置于 100 ml 容量瓶中,加入 40 ml 盐酸溶液(5. 13),

用水定容至标线,混匀。用时现配。

5.21  铋标准溶液

5.21.1  铋标准贮备液: ρ (Bi)=100 mg/L

购买市售有证标准物质,或称取 0. 1000 g 铋( 5. 10),置于 100 ml 烧杯中,加 20 ml

硝酸(5.2),低温加热至溶解完全,冷却,移入 1000 ml 容量瓶中,用水定容至标线,混匀。 4℃下可存放 2 年。

5.21.2  铋标准中间液: ρ (Bi)=1.00 mg/L

移取 5.00 ml 铋标准贮备液(5.21. 1),置于 500 ml 的容量瓶中,加入 100 ml 盐酸溶液

(5. 13),用水定容至标线,混匀。4℃下可存放 1 年。

5.21.3  铋标准使用液: ρ (Bi)=100 μg/L

移取 10.00 ml 铋标准中间液(5.21.2),置于 100 ml 容量瓶中,加入 20 ml 盐酸溶液(5. 13),

用水定容至标线,混匀。用时现配。

5.22  锑标准溶液

5.22.1  锑标准贮备液: ρ (Sb)=100 mg/L

购买市售有证标准物质,或称取 0. 1197 g 经过 105℃干燥 2 h 的三氧化二锑(5. 11),


溶解于 80 ml 盐酸(5. 1)中,移入 1000 ml 容量瓶中,加入 120 ml 盐酸(5. 1),用水定容 至标线,混匀。4℃下可存放 2 年。

5.22.2  锑标准中间液: ρ (Sb)=1.00 mg/L

移取 5.00 ml 锑标准贮备液(5.22. 1),置于 500 ml 的容量瓶中,加入 100 ml 盐酸溶液

(5. 13),用水定容至标线,混匀。4℃下可存放 1 年。

5.22.3  锑标准使用液: ρ (Sb)=100 μg/L

移取 10.00 ml 锑标准中间液(5.22.2),置于 100 ml 容量瓶中,加入 20 ml 盐酸溶液(5. 13),

用水定容至标线,混匀。用时现配。

5.23  石英或玻璃纤维滤膜

对粒径大于 0.3 μm 颗粒物的阻留效率不低于 99%。

5.24  石英或玻璃纤维滤筒

对粒径大于 0.3 μm 颗粒物的阻留效率不低于 99.9%。

5.25  氩气: 纯度≥99.99%。

 

6  仪器和设备

 

6.1  颗粒物采样器

使用的环境空气颗粒物采样器性能和技术指标应符合 HJ/T 374 和 HJ 93 的规定。污染 源废气颗粒物采样器采样流量为 5 L/min~80 L/min,其他性能和技术指标应符合 HJ/T 48 的 规定。

6.2  原子荧光光谱仪应符合 GB/T 21191 的规定,具有砷、硒、铋、锑的元素灯。

6.3  微波消解装置

6.3.1  微波消解仪: 具有温度控制和程序升温功能。

6.3.2  微波消解容器: 聚四氟乙烯或同级材质。

6.3.3  旋转盘: 在微波消解过程中必须使用旋转盘,以确保样品接受微波的均匀性。

6.4  电热板: 温控精度±5℃。

6.5  恒温水浴装置: 温控精度±1℃。

6.6  分析天平: 精度为 0.0001 g。

6.7  陶瓷剪刀。

6.8  聚四氟乙烯烧杯。

6.9  一般实验室常用仪器和设备。

 

7  样品

 

7.1  样品采集

7.1.1  环境空气样品

环境空气采样点的布设和采样过程按照HJ 664和HJ 194中颗粒物采样的要求执行。


7.1.2  无组织排放监控点空气样品

无组织排放监控点空气样品采集按照HJ/T 55中相关要求设置监测点位,其他同环境空 气样品采集要求。

7.1.3  固定污染源有组织排放废气样品

固定污染源废气样品采集过程按照 GB/T 16157 和 HJ/T 397 中颗粒物采样的要求执行。 使用烟尘采样器采集颗粒物样品不少于 0.600 m3 (标准状态干烟气),当重金属浓度较低时 可适当增加采样体积。如管道内烟气温度高于需采集的相关金属元素熔点,应采取降温措施, 使进入滤筒前的烟气温度低于相关金属元素的熔点。

7.2  样品保存

滤膜样品采集后放入样品盒或样品袋中保存; 滤筒样品采集后将封口向内折叠,竖直放 回原采样套筒中密闭保存。

样品在干燥、通风、避光、室温环境下保存。

7.3  试样的制备

7.3.1  微波消解

取整张或部分滤膜样品,用陶瓷剪刀(6.7)剪成小块置于消解罐中,加入 15.0 ml 硝酸 -盐酸混合溶液(5. 15),使滤膜浸没其中,加盖,置于消解罐组件中并旋紧,放到微波转盘 架上。设定消解温度为 200℃,消解持续时间为 15 min ,开始消解。消解结束后,取出消解 罐组件,冷却,用水淋洗内壁,加入约 10 ml 水,静置半小时进行浸提,过滤,用水定容至 50.0 ml ,待测。若滤膜样品取样量较多,可适当增加硝酸-盐酸混合溶液(5. 15)的体积, 使滤膜浸没其中。

取整个滤筒样品,剪成小块后,加入 40.0 ml 硝酸-盐酸混合溶液( 5. 15),使滤筒浸没 其中,其他操作与滤膜样品相同,***后定容至 100.0 ml。

7.3.2  电热板消解

取整张或部分滤膜样品,用陶瓷剪刀(6.7)剪成小块置于聚四氟乙烯烧杯(6.8)中, 加入 15.0 ml 硝酸-盐酸混合溶液(5. 15),使滤膜浸没其中,盖上表面皿,在 100℃加热回流 2.0 小时后冷却。用水淋洗内壁,加入约 10 ml 水,静置半小时进行浸提,过滤,用水定容 至 50.0 ml ,待测。若滤膜样品取样量较多,可适当增加硝酸-盐酸混合溶液(5. 15)的体积, 使滤膜浸没其中。

取整个滤筒样品,剪成小块后,加入 40.0 ml 硝酸-盐酸混合溶液(5. 15),使滤筒浸没其

中,其他操作与滤膜样品相同,***后定容至 100.0 ml。

7.3.3  待测试样的制备

移取 5.0 ml 经消解后的样品置于 10 ml 比色管中,按照表 1 加入盐酸溶液( 5. 13)、硫 脲-抗坏血酸混合溶液(5. 17),混匀,室温放置 30 min 。用水定容至标线,混匀。


 

 

表 1  定容至 10 ml 时试剂加入量

 

名称

硒、铋(单位: ml)

砷、锑(单位: ml)

盐酸溶液(5. 13)

2.0

2.0

硫脲-抗坏血酸混合溶液(5. 17)

/

2.0

注:室温低于 15℃时,置于 30℃水浴中保温 30 min。

7.4  实验室空白

取与样品相同批次的空白滤膜(或滤筒),按照试样的制备(7.3)相同的步骤进行实验 室空白试样的制备。

7.5  全程序空白

取与样品相同批次的空白滤膜(或滤筒),与样品在相同的条件下保存,运输。将空白 滤膜(或滤筒) 安装在采样器上不进行采样,空白滤膜(或滤筒) 在采样现场暴露时间与样 品滤膜(或滤筒) 从取出直至安装到采样器时间相同,随后取下空白滤膜(或滤筒) 并随样 品一起运回实验室,按照试样的制备(7.3)相同的步骤进行全程序空白试样的制备。

 

8  分析步骤

 

8.1  测量条件

原子荧光光谱仪开机预热,按照仪器使用说明书设定灯电流、负高压、载气流量、屏蔽 气流量等工作参数,参考条件见表 2。

表 2  原子荧光光谱仪的工作参数

 

元素

名称

灯电流

(mA)

负高压

(V)

原子化器温度

(℃)

载气流量 (ml/min)

屏蔽气流量 (ml/min)

分析线波长

(nm)

砷

40~80

230~300

200

300~400

800~900

193.7

硒

40~80

230~300

200

350~400

800~1000

196.0

铋

40~80

230~300

200

300~400

600~1000

306.8

锑

40~80

230~300

200

200~400

800~1000

217.6

8.2  校准曲线的建立

8.2.1  校准系列的制备

8.2.1.1  砷校准系列

分别移取 0 ml 、0.50 ml 、1.00 ml 、2.00 ml 、4.00 ml 和 5.00 ml 砷标准使用液(5. 19.3)

于 50 ml 容量瓶中,分别加入 10.0 ml 盐酸溶液(5. 13)、10.0 ml 硫脲-抗坏血酸混合溶液(5. 17), 室温放置 30 min (室温低于 15℃时,置于 30℃水浴中保温 30 min),用水定容至标线,混

。

6


8.2.1.2  硒校准系列

分别移取 0 ml 、1.00 ml 、2.00 ml 、3.00 ml 、4.00 ml 和 5.00 ml 硒标准使用液(5.20.3) 于 50 ml 容量瓶中,分别加入 10.0 ml 盐酸溶液(5. 13),用水定容至标线,混匀。

8.2.1.3  铋校准系列

分别移取 0 ml 、0.50 ml 、1.00 ml 、2.00 ml 、4.00 ml 和 5.00 ml 铋标准使用液( 5.21.3) 于 50 ml 容量瓶中,分别加入 10.0 ml 盐酸溶液(5. 13),用水定容至标线,混匀。

8.2.1.4  锑校准系列

分别移取 0 ml 、1.00 ml 、2.00 ml 、3.00 ml 、4.00 ml 和 5.00 ml 锑标准使用液(5.22.3) 于 50 ml 容量瓶中,分别加入 10.0 ml 盐酸溶液(5. 13)、10.0 ml 硫脲-抗坏血酸混合溶液(5. 17), 室温放置 30 min (室温低于 15℃时,置于 30℃水浴中保温 30 min),用水定容至标线,混  匀。

砷、硒、铋、锑的校准系列溶液浓度见表 3。

表 3  各元素校准系列溶液浓度

 

元素

标准系列溶液浓度(单位: μg/L)

砷

0 0

1 0

2 0

4 0

8 0

10 0

硒

0.0

2.0

4.0

6.0

8.0

10.0

铋

0.0

1.0

2.0

4.0

8.0

10.0

锑

0.0

2.0

4.0

6.0

8.0

10.0

注: As 和 Sb 以及 Se 和 Bi 的标准系列可配制在同一容量瓶中,用原子荧光光谱仪同时测定。

8.2.2  建立校准曲线

以硼氢化钾溶液(5. 16)为还原剂、盐酸溶液(5. 12)为载流,由低浓度到***顺次 测定砷、硒、铋、锑校准系列标准溶液的原子荧光强度。以相应元素的质量浓度为横坐标, 以原子荧光强度为纵坐标,建立校准曲线。

8.3  试样测定

将制备好的试样导入原子荧光光谱仪中,按照与建立校准曲线相同仪器工作条件进行测 定。如果被测元素浓度超过校准曲线浓度范围,应稀释后重新进行测定。

8.4  空白试验

按照与试样测定(8.3)相同的程序测定实验室空白和全程序空白。

 

9  结果计算与表示

 

9.1  结果计算

9.1.1  滤膜样品

滤膜样品中目标元素的浓度按公式( 1)计算:


 

                                  ( 1)

 

式中: —滤膜样品中目标元素的浓度,ng/m3;

i —试样中目标元素的浓度, g/L;

0—空白试样中目标元素的浓度, g/L;

V—试样消解后的定容体积,ml;

V1—分取消解液的体积,ml;

V2—分取后试样的定容体积,ml;

n—滤纸平均切割的份数,即采样滤膜面积与消解时截取的面积之比; Vs—标准状态(273 K ,101.325 kPa )或实际状态下采样体积,m3。

9.1.2  滤筒样品

滤筒样品中目标元素的浓度按公式(2)计算:

(i  0) V V2 103

 

式中: —滤筒样品中目标元素的浓度, g/m3;

i —试样中目标元素的浓度, g/L;

0—空白试样中目标元素的浓度, g/L;

V—试样消解后的定容体积,ml;

V1—分取消解液的体积,ml;

V2—分取后试样的定容体积,ml;

Vnd—标准状态下干烟气的采样体积,m3。

9.2  结果表示

测定结果小数点后保留位数与方法检出限一致,***多保留三位有效数字。

 

10  精密度和准确度

 

10.1  精密度

6 个实验室分别对砷、硒、铋、锑 3 个不同含量的空气颗粒物标准物质模拟样品、3 个 不同含量的废气颗粒物标准物质模拟样品、1 个实际滤膜样品和 1 个废气颗粒物模拟样品(飞 灰样品) 进行了测定,其中 4 个实验室采用了微波消解法处理样品,2 个实验室采用了电热 板消解法处理样品,详见附录 B。

10.2  准确度

6 个实验室分别对 1 个空气颗粒物标准物质模拟样品、1 个废气颗粒物标准物质模拟样 品进行了测定,其中 4 个实验室采用了微波消解法处理样品,2 个实验室采用了电热板消解 法处理样品,详见附录 B。


11  质量保证和质量控制

 

11.1  每批样品应至少分析 2 个实验室空白和 1 个全程序空白样品,空白样品中目标元素测

定值应低于方法测定下限。

11.2  每次样品分析应绘制校准曲线,相关系数应大于或等于 0.999。

11.3  每测定 20 个样品进行一次校准曲线中间点浓度的核查,其相对误差应在±20%以内。

11.4  抽取 10%的滤膜样品进行平行样测定,样品数量少于 10 个时,至少测定 1 个平行双

样,测定结果的相对偏差应≤20%。

 

12  废物处理

 

实验过程中产生的废液不可随意倾倒,应按照规定委托有资质的单位进行处理。

 

13  注意事项

 

13.1  应分别按照相应质量标准或排放标准要求的状态进行结果计算。

13.2  每次采样前需对采样器进行流量校准和气密性检查。

13.3  实验所用的玻璃器皿先用自来水冲洗,再用硝酸溶液(1+1)浸泡 24 小时,依次用自

来水、实验用水洗净。



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