实验室检测

氟离子浓度	峰面积
1.0	5867.1
5.0	29284.5
10.0	58458.3
20.0	116773.1
50.0	291755.8

氟离子浓度	峰面积
1.0	5867.1
5.0	29284.5
10.0	58458.3
20.0	116773.1
50.0	291755.8

污泥样品来源	氟含量/(mg/kg)
生活污水处理厂 A	49.2
生活污水处理厂B	56.3
生活污水处理厂 C	228.6
生活污水处理厂 D	190.4
生活污水处理厂$\mathrm{E}$	256.8

污泥样品来源	氟含量/(mg/kg)
生活污水处理厂 A	49.2
生活污水处理厂B	56.3
生活污水处理厂 C	228.6
生活污水处理厂 D	190.4
生活污水处理厂$\mathrm{E}$	256.8

加标回收实验次数	加标量/ (μg/mL)	测得量	回收率 / %
1	10	9.4	94.00
2	10	9.8	98.00
3	10	10.2	102.00
4	10	9.6	96.00
5	10	10.5	105.00
6	10	9.25	92.50

加标回收实验次数	加标量/ (μg/mL)	测得量	回收率 / %
1	10	9.4	94.00
2	10	9.8	98.00
3	10	10.2	102.00
4	10	9.6	96.00
5	10	10.5	105.00
6	10	9.25	92.50

活性炭净化-离子色谱法测定污泥中氟含量

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李盛宏 ^*

实验室检测 | 创新应用 2025,3(8): 21-23

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实验室检测 | 创新应用 2025, 3(8): 21-23

活性炭净化-离子色谱法测定污泥中氟含量

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李盛宏^*

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中国检验认证集团珠海有限公司珠海 519000

通讯作者:

^*李盛宏，中级化工工程师，研究方向为实验室化学检验。E-mail: lishenghong@zh.ccic.com

Affiliations

出版时间: 2025-04-23

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摘要

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目的建立活性炭净化离子色谱检测污泥中氟含量的方法。方法使用活性炭净化离子色谱法对污泥样本进行采集、消解、净化处理,通过氟标准曲线对净化后的污泥样本进行离子色谱测定。结果氟离子浓度在1.0~50.0 µg/mL 范围内线性关系良好,线性方程为Y=5832.4X+134.7,相关系数r²=0.9995。对多个污泥样品进行测定,结果表明不同来源的污泥中氟含量存在差异,范围为49.2~285.0 mg/kg。对污泥样品进行6次加标回收实验,加标量为10 µg/mL,测定结果计算得到加标回收率在92.5%~105.0%之间,平均加标回收率为98.0%。对同一污泥样品连续测定6次,计算相对标准偏差为2.1%,提示该方法具有较好的准确性和重复性。结论活性炭净化离子色谱法在污泥氟含量测定领域优势突出。该方法对污泥样本净化效能卓越,可大幅减少干扰因素。

关键词

活性炭 / 离子色谱法 / 污泥 / 氟含量

引用本文

李盛宏. 活性炭净化-离子色谱法测定污泥中氟含量. 实验室检测, 2025 , 3 (8) : 21 -23 .

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0 引言

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在环境监测和治理中, 污泥是污水处理的产物, 成分复杂, 含有大量会对环境产生负面影响的物质。氟元素在自然界中分布广泛, 污泥中氟含量超标会诱发环境问题^[1-2]。准确测量污泥中的氟含量,对评估污泥对环境的影响风险,制定处理方案较为关键。常规测定污泥中氟含量的方法包括电极法、分光光度法等,但存在一定局限性。分光光度法极易受到污泥中其他物质的影响, 导致检测结果的准确性相对较低; 电极法尽管操作相对简单, 但在复杂的样品中, 电极的选择和稳定性面临考验, 检测精度也有所不足^[3-4]。活性炭吸附能力强大,能够有效去除污泥消解液里的有机物、重金属等干扰物质。离子色谱法则凭借高灵敏度、高选择性以及可同时检测多种阴离子的优势,可对氟离子进行精确测定^[5]。本研究旨在全面探究活性炭净化 - 离子色谱法在测定污泥氟含量方面的应用, 详细说明该方法的操作流程和指标, 为污泥氟含量检测提供技术方案提供参考。

1 资料与方法

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1.1 材料与试剂

污泥样本: 取自两个污水处理厂中工业废水产生的污泥,采集后密封保存在聚乙烯袋中,在${4}^{ \circ }\mathrm{C}$ 环境下冷藏备用。颗粒活性炭: 分析纯,粒径为${0.4} \sim {0.6}\mathrm{\;{mm}}$ ,比表面积大于${1000}{\mathrm{\;m}}^{2}/\mathrm{g}$ ,用于装填活性炭净化柱,需预先经去离子水反复冲洗,去除表面杂质,${105}^{ \circ }\mathrm{C}$ 烘干至恒重。微孔滤膜: 水系,孔径${0.22\mu }\mathrm{m}$ ,用于过滤样品溶液,去除微小颗粒, 防止对离子色谱柱造成堵塞。聚乙烯塑料瓶: 不同规格, 用于储存去离子水、标准溶液及样品溶液, 使用前用${10}\%$ 硝酸浸泡${24}\mathrm{\;h}$ ,然后用去离子水冲洗干净,晾干备用,以避免容器对氟离子的吸附或污染。

氟化钠(NaF):优级纯,用于配制氟标准溶液。准确称取在${105} \sim {110}^{ \circ }\mathrm{C}$ 干燥$2\mathrm{\;h}$ 后的氟化钠${0.2210}\mathrm{\;g}$ ,溶于去离子水中,转移至${1000}\mathrm{\;{mL}}$ 容量瓶,定容至刻度,摇匀,溶液氟离子浓度为${1000\mu }\mathrm{g}/\mathrm{{mL}}$ ,作为氟标准储备液。再用去离子水逐级稀释成浓度为 1.0、5.0、10.0、20.0、${50.0\mu }\mathrm{g}/\mathrm{{mL}}$ 的氟标准使用液。氢氧化钠(NaOH): 优级纯,用于配制淋洗液。称取${0.4000}\mathrm{\;g}\mathrm{{NaOH}}$ ,溶于去离子水中,转移至${1000}\mathrm{\;{mL}}$ 容量瓶,定容至刻度,配制成浓度为${10}\mathrm{{mmol}}/\mathrm{L}$ 的$\mathrm{{NaOH}}$ 淋洗液,经${0.22\mu }\mathrm{m}$ 微孔滤膜过滤后,超声脱气${30}\mathrm{\;{min}}$ 备用。盐酸 (HCl): 优级纯,用于样品消解。过氧化氢$\left( {{\mathrm{H}}_{2}{\mathrm{O}}_{2}}\right)$ : 分析纯,质量分数${30}\%$ ,辅助样品消解。硝酸$\left( {\mathrm{{HNO}}}_{3}\right)$ : 优级纯,用于清洗实验器具及消解样品。

1.2 设备及仪器

离子色谱仪: 配备阴离子分离柱(Dionex IonPac AS11-HC)、抑制器(有效降低背景电导, 提高检测灵敏度)、电导检测器(用于检测分离后的氟离子浓度)及数据处理系统。马弗炉:能精确控制温度,用于高温灰化污泥样品,温度范围为室温$\sim {1000}{}^{ \circ }\mathrm{C}$ 。电子天平: 精度为${0.0001}\mathrm{\;g}$ ,用于准确称量污泥样品、试剂等。电热板: 具有温度调节功能, 用于污泥样品的消解, 加热温度范围为室温$\sim {400}{}^{ \circ }\mathrm{C}$ 。离心机:最大转速${10000}\mathrm{r}/\mathrm{{min}}$ ,用于分离消解后样品溶液中的固体残渣, 得到澄清的待测液。超声波清洗器: 功率${100}\mathrm{\;W}$ ,频率${40}\mathrm{{kHz}}$ ,用于辅助样品消解过程中氟化物的提取,使样品与消解试剂充分混合反应。活性炭净化柱:自制,柱长${20}\mathrm{\;{cm}}$ ,内径${1.0}\mathrm{\;{cm}}$ ,装填处理好的颗粒活性炭, 两端用玻璃棉塞紧, 用于净化样品溶液。容量瓶:100、250、500、1000 mL 若干,用于配制标准溶液及样品溶液。移液管: 1、2、5、10 mL 等不同规格,用于准确移取溶液。微量注射器:${100\mu }\mathrm{L}$ ,用于进样分析。

1.3 实验方法

1.3.1 样本制备

称取${1.000}\mathrm{\;g}$的污泥样品于瓷坩埚中,置于马弗炉内,以${10}{}^{ \circ }\mathrm{C}/\mathrm{{min}}$的升温速率从室温升至${550}^{ \circ }\mathrm{C}$,并在此温度下灼烧$2\mathrm{\;h}$,使污泥中的有机物充分灰化。取出冷却后的坩埚,向其中加入$5\mathrm{\;{mL}}$盐酸,在电热板上低温加热至微沸,保持${10}\mathrm{\;{min}}$,使灰分中的氟化物充分溶解。然后加入$2\mathrm{\;{mL}}$过氧化氢,继续加热至溶液体积约为$2 \sim 3\mathrm{\;{mL}}$, 取下冷却。将溶液转移至${50}\mathrm{\;{mL}}$容量瓶中,用去离子水定容至刻度,摇匀,得到初步消解的样品溶液。

1.3.2 样本净化

将初步消解的样品溶液以$2\mathrm{\;{mL}}/\mathrm{{min}}$的流速通过活性炭净化柱,弃去最初的$5\mathrm{\;{mL}}$流出液,收集后续流出液于干净的聚乙烯塑料瓶中。活性炭净化柱可有效吸附样品溶液中的有机物、重金属离子等干扰物质, 避免其对离子色谱测定氟含量产生干扰。

1.3.3 色谱分析

开启离子色谱仪, 待仪器稳定后, 将净化后的样品溶液经${0.22\mu }\mathrm{m}$微孔滤膜过滤,用微量注射器吸取${100\mu }\mathrm{L}$注入离子色谱仪进行分析。淋洗液:${10}\mathrm{{mmol}}/\mathrm{L}\mathrm{{NaOH}}$溶液,流速为${1.0}\mathrm{\;{mL}}/\mathrm{{min}}$。柱温:${30}^{ \circ }\mathrm{C}$。进样量:${100\mu }\mathrm{L}$。检测器:电导检测器,检测池温度 35°C。记录色谱峰的保留时间和峰面积, 以峰面积对氟离子浓度绘制标准曲线, 并根据标准曲线计算样品溶液中氟离子的浓度。

1.3.4 质量控制

每批样品分析时均同步测定空白样品, 空白样品的测定结果应低于方法检出限。对样品进行加标回收实验, 在已知氟含量的污泥样品中加入一定量的氟标准溶液,按照上述实验方法进行测定, 计算加标回收率, 加标回收率应在 85%~115% 之间。定期对离子色谱仪进行校准,使用氟标准溶液进行多点校准, 确保仪器的准确性和稳定性。每分析 10 个样品后, 插入一个中间浓度的氟标准溶液进行验证,其测定结果与标准值的相对偏差应小于 5%。经验证, 相对偏差小于 3%。

1.4 数据处理

采用 Excel 软件对实验数据进行记录和初步处理, 计算样品中氟含量的平均值、标准偏差等。使用 Origin 软件绘制氟标准曲线, 并进行线性回归分析, 得到线性方程及相关系数。根据标准曲线计算样品溶液中氟离子的浓度, 并进一步换算成污泥样品中氟的含量 (mg/kg)。

2 结果与分析

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2.1 标准曲线

以氟离子浓度$\left( {\mu \mathrm{g}/\mathrm{{mL}}}\right)$ 为横坐标,对应的峰面积为纵坐标, 标准曲线数据详见表 1及图 1。结果显示, 氟离子浓度在${1.0} \sim {50.0\mu }\mathrm{g}/\mathrm{{mL}}$ 范围内线性关系良好,线性方程为$Y = {5832.4X} + {134.7}$ ,相关系数${r}^{2} = {0.9995}$ 。

2.2 样品测定结果

对多个污泥样品进行测定, 结果表明不同来源的污泥中氟含量存在差异,氟含量范围为${49.2} \sim {285.0}\mathrm{{mg}}/\mathrm{{kg}}$ ,详见表 2。

2.3 加标回收率与精密度

对污泥样品进行 6 次加标回收实验,加标量为${10\mu }\mathrm{g}/\mathrm{{mL}}$ ,测定结果计算得到加标回收率在${92.5}\% \sim$ 105.0% 之间, 平均加标回收率为 98.0%。对同一污泥样品连续测定 6 次, 计算相对标准偏差 (RSD), 精密度 RSD 为 2.1%,提示该方法具有较好的准确性, 详见表 3。

3 讨论与结论

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本研究采用活性炭净化联合离子色谱法检测污泥氟含量, 通过活性炭吸附预处理, 有效消除有机质及金属离子干扰,显著提升检测准确性。方法学验证显示: 标准曲线在${0.1} \sim {5.0}\mathrm{{mg}}/\mathrm{L}$范围内线性良好$\left( {{r}^{2} > {0.99}}\right)$,加标回收率达 92.5%~105.0%, RSD 为 2.1%,满足氟定量分析需求。与传统氟离子选择电极法相比, 本方法具备多重优势, 无需频繁校准电极, 避免了电极膜污染导致的数据漂移问题,可实现${\mathrm{F}}^{ - }\text{、}{\mathrm{{Cl}}}^{ - }\text{、}{\mathrm{{SO}}}_{4}{}^{2 - }$等多阴离子的同步分离检测, 尤其适用于含高浓度Cl${}^{ - }$(如工业废水污泥) 等复杂基质样品。当Cl${}^{ - }$浓度达${500}\mathrm{{mg}}/\mathrm{{kg}}$时,离子色谱仍可精准识别${\mathrm{F}}^{ - }$特征峰,而电极法则因Cl${}^{ - }$干扰导致测定值偏高。但活性炭净化联合离子色谱法也存在一定局限, 购置一套齐全的离子色谱仪及其辅助设施, 这对资金较为紧张的小型实验室或研究单位来说,可能难以推广应用^[6-9]。此外,对操作人员的技能要求较高, 技术人员不仅要精通仪器的操作步骤, 还需具备色谱学的相关知识, 以便对实验中出现的诸如峰形异常、分离效果欠佳等问题进行精准的诊断和处置^[10]。样本预处理步骤复杂,从样本的收集分解到活性炭净化, 各个步骤均需严格规范操作, 避免环节失误导致的结果偏差。

污泥中氟含量准确测定至关重要, 污泥中氟的存在形态较为复杂, 这给氟的提取和检测带来了挑战。未来将从不同形态氟分离和检测进行深入研究, 使用逐步提取配合广谱分析, 准确鉴别污泥中无机氟、有机氟等具体含量和分布。也可以对活性炭净化流程进行优化, 增强净化效能, 缩短实验时间, 降低成本, 使该种方法在实践中更具优势。

活性炭净化 - 离子色谱法具有较高准确性与精密度, 与传统检测手段相比,它操作流程简洁、检测速度快,能为污泥环境监测及后续处理处置提供更坚实的数据依据, 在实际应用中的推广应用价值较高。

参考文献

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文献

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参考文献引证文献

排序方式：

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2025年第3卷第8期

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首发时间：2025-07-09
出版时间：2025-04-23

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^*李盛宏，中级化工工程师，研究方向为实验室化学检验。E-mail: lishenghong@zh.ccic.com

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2种不同金属材料的力学参数

科 Family	属数 Number of genus	种数 Number of species	占总种数比例 Percentage of total species (%)	属 Genus	种数 Number of species	占总种数比例 Percentage of total species (%)
鹅膏菌科Amanitaceae	2	11	5.26	鹅膏菌属 Amanita	10	4.78
小菇科 Mycenaceae	2	12	5.74	丝盖伞属 Inocybe	5	2.39
多孔菌科 Polyporaceae	8	14	6.70	蜡蘑属 Laccaria	5	2.39
红菇科 Russulaceae	3	23	11.00	小皮伞属 Marasmius	6	2.87
				小菇属 Mycena	11	5.26
				光柄菇属 Pluteus	5	2.39
				红菇属 Russula	17	8.13
				栓菌属 Trametes	5	2.39

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