电感耦合等离子体发射光谱法测定循环水中总磷酸盐

吴晓娟

（福建泉州闽光钢铁有限公司，福建泉州362400）

摘

要：水样经消解后，利用电感耦合等离子体发射光谱通过对水中磷的分析间接测定循环水总磷酸盐的含

量。讨论并确定了试验的最佳条件，在选定的最佳条件下测总磷的检出限为0.05mg/L，回收率为91%~102%，RSD为0.6%~1.16%。通过方法比对和标准物质验证，该法适用于钢铁企业循环水总磷酸盐的测定。关键词：电感耦合等离子体发射光谱法；循环水；总磷酸盐中图分类号：O657.7

文献标识码：A

文章编号：1009-8143（2019）04-0052-04

Doi:10.3969/j.issn.1009-8143.2019.04.14

DeterminationoftotalphosphorusincirculatingwaterbyICP-OES

WuXiao-juan

（Fujianquanzhouminguangironandsteelco.LTD，Quanzhou，Fujian362400，China）

Abstract:Afterthewatersamplewasdissolvedbynitricacid，thecontentoftotalphosphateincirculatingwaterwasindi⁃rectlydeterminedbyicp-aes.Theoptimalconditionswerediscussedanddetermined.Undertheselectedoptimalcondi⁃Themethodissuitableforthedeterminationoftotalphosphateincirculatingwaterofironandsteelenterprises.Keywords：ICP-OES；circulatingwater；totalphosphorus

tions，thedetectionlimitoftotalphosphoruswas0.05mg/L，therecoveryratewas90%~101%，andtheRSDwas0.5%~2%.

引言

在钢铁企业工业循环水处理中，多数系统采用加入磷系配方的水处理剂来控制系统的结垢、腐蚀等问题。总磷酸盐作为工业循环水重要的分析项目之一，直接影响正常的生产和设备的安全。

目前测定工业循环冷却水中总磷酸盐的方法主要是磷钼蓝分光光度法[1]和离子色谱法[2]，磷钼蓝分光光度法烦琐耗时，消耗试剂多，离子色谱法干扰小，分析时间较长，电感耦合等离子体发射光谱法具有线性范围广、分析快速、化学干扰少的特点。

等离子光谱法主要用于测定金属元素和部分易激发的非金属元素，无法直接测定磷酸盐。故考虑利用ICP对非金属元素磷的测定反应磷酸盐的含量。本文用溶液将未经过滤的水样消解，将水中各形态磷转化为正磷酸盐，这样消解后水体中磷

收稿日期：2019-4-9

的含量反映了总磷酸盐的含量，从而实现等离子发射光谱法对总磷酸盐的快速分析。

1

1.1

实验部分

实验原理

经消解的水样注入电感耦合等离子体发射光

谱仪后，目标元素在等离子体火炬中被气化、电离、激发并辐射出特征谱线，在一定浓度范围内，其特征谱线的强度与元素的浓度成正比[3]。1.21.2.11.2.21.2.31.2.4

试剂和材料

：优级纯，ρ=1.42g/mL。溶液：1+1。

磷酸盐标准贮备液（100mg/L，以PO43-计）：

磷酸盐（磷酸根）溶液标准物质BWZ6845-2016。

质控样（8.30±0.67μg/mL，以PO43-计）：水质

作者简介：吴晓娟（1991—），女，助理工程师，从事仪器分析工作，Email：626963232@qq.com

2019，28（4）吴晓娟：电感耦合等离子体发射光谱法测定循环水中总磷酸盐

磷酸盐（标样）BWZ6773-2016。1.2.5

准贮备液逐级稀释，稀释时补加一定量的溶液，配制成0mg/L、0.5mg/L、2mg/L、5mg/L、7mg/L、10mg/L（以PO43-计）的标准工作溶液，使标准工作溶液的含量达到1%。1.31.3.11.3.21.3.31.4

仪器

磷酸盐标准工作溶液：用超纯水将磷酸盐标

1.4.11.4.2

按照GB/T6907的相关规定采集水样。取25mL水样于100mL锥形瓶中，加入2mL硝试样制备

样品采集53酸溶液，置于电炉上加热至出现白色微晶。冷却后加水微热溶解，移入25mL容量瓶，用水稀释至刻度，使溶液保持1%酸度。1.4.3

以水代替样品，按与试样制备相同的步骤实验过程空白试样的制备

谱仪。

瓦里安715ES电感耦合等离子体发射光

实验室超纯水器。温控电炉。

（1.4.2）进行空白试样的制备。1.5

表1

1.5.1

仪器条件优化

1.59

样品采集和处理

1.015153仪器默认参数

功率（KW）等离子气流量（L/min）一次读数时间（s）

读数次数

辅助气流量（L/min）雾化气压力（KPa）观察高度（mm）泵速（rpm）

20015分别改变功率、泵速、雾化气压力的大小，其余为仪器默认参数，测定5mg/L磷酸盐标准溶液。综合考虑改善信背比和信号强度，本实验选择功率1.3KW，泵速15rpm，雾化气压力160KPa。1.5.2

标准曲线的绘制

2

2.1

结果讨论

分析谱线及干扰

根据仪器软件谱线库推荐磷的分析谱线分别用5mg/L磷酸盐标准溶液和待测样品在各分析谱线进行扫描，记录信号强度和信背比，观察磷元素不同波长周围的干扰峰及其强度。其中P213.618的强度最大且潜在干扰少，主要干扰元素Cu213.598nm，但铜不是钢铁循环水系统的常见元素，通过待测样品中P213.618nm光谱窗口可见其对循化水中P213.618nm谱线干扰十分微弱，可以忽略其谱线干扰。采用仪器软件中峰侧背景校正扣除背景干扰，磷的积分跨点分别是（-0.012～0.012）。2.2

射频功率

将射频功率分别设为1.0、1.1、1.2、1.3、1.4KW，其余为仪器默认参数，信号强度随功率的变化如图1。

通过功率的增加使得测光区的温度升高，等离子体电子密度增大，促进难电离元素磷的电离，但随着功率的增大，谱线增强，信背比却有所下降。考虑磷的电离、强度、信背比，选择入射功率为1.3KW。2.3

蠕动泵速

按1.5.1所得优化仪器分析条件，仪器开机点火

稳定后，测定标准工作溶液的光谱强度，以测定的光谱强度为纵坐标，磷酸根离子质量浓度（mg/L）为横坐标，绘制校准曲线，曲线相关系数0.9999。1.5.31.5.41.5.5

在与建立标准曲线相同条件下，样品消解定容空白样品的测定结果计算样品的测定

后直接进样测定。

按照与试样测定的相同条件测定空白试

样（1.4.3）

样品中总磷酸盐含量按照公式（1）计算

ρ=ρ1-ρ2

式中：ρ—样品总磷酸盐的质量浓度（以PO43-计），

ρ1—试样总磷酸盐的质量浓度（以PO43-计），ρ2—空白试样总磷酸盐的质量浓度（以PO43-计），mg/Lmg/Lmg/L

设功率为1.3KW，其余为仪器默认参数，将泵

54706050󰘑󰨧󱕪󱓖/(c/s)福建分析测试技术交流

2019，28（4）40302010011.11.2󰣏)/KW1.31.4图1

6050403020100功率对信号强度的影响

󰘑󰨧󱕪󱓖/(c/s)1015#F/rpm20图2泵速对信号强度的影响

220kpa。信号强度随雾化气压力的变化如图3。

速分别设为10、12、15、18、20rpm。信号强度随泵速的变化如图2。

蠕动泵速增大，气溶胶中液滴浓度增加，使得谱线增强，信背比增大，但随着泵速的增大，雾化效率降低，谱线强度和信背比均下降。所以确定15rpm为最佳蠕动泵泵速。2.4

雾化气压力

磷的激发能较高，较难电离，当雾化气压力减

小时，气溶胶在等离子中心通道的时间变长，有利于激发发射，但随着雾化气压力过大会使样品过分稀释，磷在ICP通道的平均停留时间缩短而使信号强度下降。综合考虑信背比和信号强度，选择雾化气压力160kpa。2.5

标样验证、方法对比

监测结果显示，质控样在保证值内，ICP-OES

设功率为1.3KW，泵速为15rpm，其余为仪器默认参数，将雾化气压力分别设为140、160、180、200、

6050403020100140󰘑󰨧󱕪󱓖/(c/s)160180M󰥆\"󰦻󰣋/kpa200220图3雾化气压力对信号强度的影响

2019，28（4）吴晓娟：电感耦合等离子体发射光谱法测定循环水中总磷酸盐

表2

样品连铸设备制氧加热炉质控样

ICP-OES法和磷钼蓝分光光度法的比较

ICP-OES法1.222.746.8.21磷钼蓝分光光度法

1.152.616.578.16相对误差（%）

4.861.060.615.955法和磷钼蓝分光光度法的相对误差在0.61%～5.9%之间，说明ICP-OES法测定工业循环水总磷酸盐的含量是可行的。2.6

检出限

在仪器最佳工作状态下，连续10次测量空白试液，以10次空白标准偏差的3倍计算检出限。本实验DL=0.05mg/L。泉州闽光钢铁循环水中总磷酸盐含量一般在（0.5～8.0）mg/L的浓度水平，此检出限

表3

样品名称PO43-标液

能满足检测要求。2.7

精密度

对2mg/L磷酸盐标准溶液和泉州闽光钢铁实际样品重复分析6次以检测方法的精密度。2.8

加标回收率

在三种实际样品加入等体积的磷酸盐标准溶液进行加标试验。

ICP测总磷酸盐的精密度

平均值（mg/L）

1.212.032.021.222.746.SD（mg/L）0.010.010.020.07RSD（%）0.600.670.681.16测定值（mg/L）

2.032.052.042.012.001.221.231.21.221.23

连铸设备制氧加热炉

2.742.722.752.762.732.7516.606.556.636.586.726.74表4

样品名称连铸设备制氧加热炉

1.222.736.ICP测总磷酸盐的加标回收率

加标量（/mg/L）

100.55

回收量（/mg/L）

4.820.519.1加标回收率/%

96.410291样品含量（/mg/L）

3结论

通过水样消解，优化仪器工作条件，本方

参考文献

[1]GB/T6913-2008，锅炉用水和冷却水分析方法磷酸盐的测定[S].北京：中国标准出版社，2008.

[2]GB/T142-2009，工业循环冷却水和锅炉用水中氟、氯、磷酸根、亚根、根和硫酸根的测定离子色谱法[S].北京：中国标准出版社，2009.

法相对标准偏差小于2%，加标回收率在90%～101%之间，与磷钼蓝分光光度法无显著差异。本方法便捷快速，分析泉州闽光钢铁公司二十个冷却水的时间一般仅需一个半小时，比磷钼蓝分光光度法测定时间缩短一倍以上，既提高工作效率，又能及时掌握循环水系统腐蚀变化情况调整工艺，避免影响生产。

[3]HJ/T776-2015，水质32种元素的测定电感耦合等离子体发射光谱法[S].北京：中国环境科学出版社，2016.