微波消解裝置與美的微波爐微波消解測定污水中CODcr的比對(duì)實(shí)驗(yàn)

1、微波消解裝置與美的微波爐微波消解測定污水中CODcr的比對(duì)實(shí)驗(yàn)曾東1,2，許振成2*，賀德春，秦國建（1.湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)，湖南 長沙 410128；2.環(huán)境保護(hù)部華南環(huán)境科學(xué)研究所.廣東 廣州 510655）摘要：鑒于專用微波消解裝置價(jià)格較高，家用微波價(jià)格僅為專用微波消解裝置的五分之一，本文采用美的MK823ESJ-PA微波爐與專WMX-B微波消解裝置對(duì)水樣進(jìn)行CODcr測定的比對(duì)研究，討論了消解功率、消解時(shí)間、Cl-干擾等因素對(duì)測定的影響，確定了最佳的試驗(yàn)條件，當(dāng)美的MK823ESJ-PA微波爐消解功率為中高火（616W），消解時(shí)間為5min時(shí)，精密度與準(zhǔn)確度良好，RSD3.72%,加標(biāo)回收率

2、為93.4%-118%，與WMX-B微波消解裝置消解測定結(jié)果相對(duì)偏差3.76%。關(guān)鍵詞：微波消解裝置 美的微波爐 密封消解 CODcr化學(xué)需氧量(CODcr是反映水體受有機(jī)物等還原性物質(zhì)污染的綜合性指標(biāo)之一，作為國家環(huán)境保護(hù)部“十一五”規(guī)劃中“節(jié)能減排”約束性指標(biāo)和我國水質(zhì)監(jiān)測的主要項(xiàng)目之一，針對(duì)我國現(xiàn)行有效的國家標(biāo)準(zhǔn)方法水質(zhì)化學(xué)需氧量的測定重鉻酸鹽法(GB11914-891要求的消解時(shí)間長，不利于大批樣品的分析和需快速測定的場合，專家們?cè)谶@方面開展了很多研究，提出很多新的分析方法，其中密封催化消解法就是其中的佼佼者?，F(xiàn)已被列入水和廢水監(jiān)測分析方法(第3版補(bǔ)充篇2。但是其專用微波消解裝置價(jià)格較

3、高，而家用微波價(jià)格較低，僅為專用微波消解裝置的五分之一，本文采用美的MK823ESJ-PA微波爐與專WMX-B微波消解裝置對(duì)水樣進(jìn)行CODcr消解測定的比較研究，確定了美的MK823ESJ-PA微波爐最佳的測定條件，探討采用家用微波爐代替專用微波消解的裝置的可行性，以降低測試成本。1 實(shí)驗(yàn)方法1.1 主要儀器與試劑儀器：WMX-B微波消解裝置：韶關(guān)市明天環(huán)保儀器有限公司生產(chǎn)；美的MK823ESJ-PA微波爐：佛山市順德區(qū)北滘鎮(zhèn)三洪奇大滘工業(yè)區(qū)；兩種微波裝置具體技術(shù)參數(shù)見表1。超純水系統(tǒng)(EIGA(Purelab option-S7/15；聚四氟乙烯消解罐。試劑：鄰苯二甲酸氫鉀KC8H5O4標(biāo)準(zhǔn)

4、溶液：COD質(zhì)量濃度為10 mg/L、20 mg/L、150 mg/L、300 mg/L、800 mg/L、2000 mg/L；硫酸亞鐵銨(NH42Fe(SO42·H2O標(biāo)準(zhǔn)溶液: 0.1 mol/L、0.05 mol/L、0.01 mol/L；重鉻酸鉀消解液(K2Cr2O7標(biāo)準(zhǔn)溶液：0.4 mol/L、0.2 mol/L、0.05 mol/L；硫酸一硫酸銀(H2SO4-Ag2SO4溶液:10 g/L；硫酸汞（Hg2SO4）溶液：10g Hg2SO4溶于100mL 10% H2SO4；試亞鐵靈指示劑。以上試劑均為分析純，用蒸餾水配制。表1：WMX-B微波消解裝置與美的MK823ESJ

5、-PA技術(shù)參數(shù)對(duì)比（WMX-B微波消解裝置）參數(shù)（美的MK823ESJ-PA）參數(shù)消解樣品數(shù)量（每爐次）n火力低火、中低火、中火、中高火、高火消解時(shí)間（n+2）分+（n×10）秒消解時(shí)間0-35 min微波工作頻率2450 MHZ微波工作頻率2450 MHZ額定輸入功率1300 W額定輸入功率1300 W微波輸出功率800 W微波輸出功率800 W價(jià)格5000 RMB價(jià)格500 RMB1.2 試驗(yàn)方法準(zhǔn)確移取均勻水樣5.00mL（每批水樣在測試的同時(shí)做三個(gè)空白）于消解罐中，加入1 mL Hg2SO4搖勻。再準(zhǔn)確加入5.00mL K2Cr2O7，再緩慢加入5.00mL H2SO4-Ag

6、2SO4，輕輕搖勻，旋緊密封蓋，對(duì)稱放置于裝置爐腔玻璃轉(zhuǎn)盤周邊，針對(duì)消解功率的影響，采用美的MK823ESJ-PA微波爐不同消解功率（低火136W、中低火264W、中火330W、中高火616W、高火800W）進(jìn)行水樣消解與WMX-B微波消解裝置對(duì)水樣的消解效果比較；針對(duì)消解時(shí)間的影響，確定消解功率后，采用美的MK823ESJ-PA微波爐最佳消解功率的條件下，分別對(duì)10 mg/L、20 mg/L、150 mg/L、300 mg/L、800 mg/L、2000 mg/L COD標(biāo)樣消解4min、5min、6min、7min、8min、9min，消解結(jié)束后。冷卻至室溫，將樣液轉(zhuǎn)移到150mL的錐形瓶

7、中，用20mL蒸餾水分三次沖洗消解罐及蓋得內(nèi)壁，沖洗液并入錐形瓶中，加入2-3滴試亞鐵靈指示劑，用(NH42Fe(SO42·H2O標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行滴定，溶液的顏色由黃色經(jīng)藍(lán)綠色到紅褐色即為滴定終點(diǎn)，記錄(NH42Fe(SO42·H2O標(biāo)準(zhǔn)溶液的用量，計(jì)算結(jié)果3。2 試驗(yàn)結(jié)果與分析2.1 兩種微波爐不同消解功率的比較美的MK823ESJ-PA微波爐與WMX-B微波消解裝置均采用頻率為2450 MHZ 的微波能源加熱方法，在它的作用下消解體系中反應(yīng)物中偶極分子將高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，形成激烈摩擦和碰撞，使反應(yīng)物的溫度迅速升高，達(dá)到高效快速低耗的理想效果；此外采用密封方式消解，使密閉容器內(nèi)壓

8、力高于101.325kPa4，以迅速提高反應(yīng)體系溫度，縮短了消解時(shí)間。然而，采用不同的微波功率，從開始加熱至氧化完全所需的時(shí)間也不同。功率太低，所需反應(yīng)時(shí)問較長，消解也不完全5；功率太高，長時(shí)間消解會(huì)使消解罐溫度過高，增加冷卻時(shí)間，對(duì)機(jī)器的損耗也將增加。試驗(yàn)采用美的MK823ESJ-PA微波爐不同消解功率（低火136W、中低火264W、中火330W、中高火616W、高火800W）進(jìn)行水樣消解與WMX-B微波消解裝置對(duì)水樣的消解效果比較；結(jié)果表明：采用美的MK823ESJ-PA微波爐在中高火及高火進(jìn)行水樣消解與WMX-B微波消解裝置分別測定濃度為10 mg/L、20 mg/L、150 mg/L、

9、300 mg/L、800 mg/L、2000 mg/L COD標(biāo)準(zhǔn)樣品都具有相同的準(zhǔn)確度，相對(duì)偏差4.09%，測定值均在標(biāo)準(zhǔn)樣品約定真值的范圍之內(nèi)。表2 WMX-B微波消解裝置與美的MK823ESJ-PA不同功率消解標(biāo)準(zhǔn)樣品的比較Tab 2 WMX-B microwave digestion device and the Mei Di MK823ESJ-PA digestion power of different comparison of standard sample標(biāo)準(zhǔn)樣品濃度（mg/L）WMX-B微波消解裝置美的MK823ESJ-PA（mg/L）低 火中低火中 火中高火%高 火%10

10、10.5006.3737.2428.06510.071-4.0910.454-3.302021.00011.86215.81618.56420.420-2.7620.602-1.90150150.39668.08085.541115.971148.213-1.45151.0030.404300301.788113.264169.051234.793303.2060.470304.5930.931800804.768316.156451.652645.217806.5210.218807.6560.35920002001.0001139.4511375.2351698.342002.0000.0

11、51998.0000.1502.2 兩種微波爐不同消解時(shí)間的比較消解的時(shí)間長短對(duì)水樣COD的測定影響很大，針對(duì)WMX-B微波消解裝置的消解時(shí)間（n+2）分+（n×10）秒，一次消解6個(gè)消解罐所需時(shí)間為 9 min，試驗(yàn)采用美的MK823ESJ-PA微波爐消解功率為（中高火616W）的條件下，分別對(duì)10 mg/L、20 mg/L、150 mg/L、300 mg/L、800 mg/L、2000 mg/LCOD標(biāo)樣消解4min、5min、6min、7min、8min、9min，結(jié)果表明： COD測定值隨著消解時(shí)間的增加而增加，直至穩(wěn)定。測定如鄰苯二甲酸氫鉀等易氧化的水樣，只需要中高火616

12、W，消解5min即可，測定如芳香族有機(jī)化合物等一些難氧化的有機(jī)化合物的COD時(shí)，中高火則需要增加消解時(shí)間至9min6。表3 美的MK823ESJ-PA中高火對(duì)標(biāo)準(zhǔn)水樣的消解時(shí)間實(shí)驗(yàn)Tab 3 the standard water sample digestion time to experiments by Mei Di MK823ESJ-PA digestion power of the middle high fire標(biāo)準(zhǔn)樣品濃度（mg/L）WMX-B微波消解裝置美的MK823ESJ-PA（mg/L）4 min5 min6 min7 min8 min9 min1010.5009.15710

13、.54710.34810.14911.24210.2902021.00017.36519.91220.17320.29821.4220.580150150.396135.254141.935144.918146.910147.906149.414300301.788256.754294.816295.812296.312297.804298.302800804.768768.572804.768805.366805.963807.258809.25120002001.0001739.2132002.0002034.262041.3452048.2942056.4372.3 Cl的影響Cl廣泛存

14、在于自然界中，在測COD的實(shí)驗(yàn)條件下，Cl可以被氧化，影響實(shí)驗(yàn)測定結(jié)果，在實(shí)驗(yàn)過程中，采用加入1ml Hg2SO4濃液，使Cl與Hg2+完全絡(luò)合，消除Cl的干擾，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，加入1ml Hg2SO4濃液，可以消除10000mg/L的Cl的干擾，COD測定結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)方法無異。2.4 精密度與準(zhǔn)確度試驗(yàn)取氧化塘水樣過濾除雜后用美的MK823ESJ-PA微波爐平行測定8次，均值為84.037 mg/L。在此水樣中添加不同質(zhì)量濃度的COD標(biāo)準(zhǔn)濃液做加標(biāo)回收試驗(yàn)，結(jié)果見表4。表4 美的MK823ESJ-PA微波爐加標(biāo)回收試驗(yàn)結(jié)果Tab 4 The results of standard recover

15、y of Mei Di MK823ESJ-PA加標(biāo)值/(mg.L-1測定值/(mg.L-1回收值/(mg.L-1回收率/%RSD/%5.089.2675.898112.32.4710.095.75511.078113.92.8115.0100.34116.808108.72.1920.0107.370923.033105.41.6525.0109.56025.523102.61.5230.0113.35028.01397.71.45為驗(yàn)證美的MK823ESJ-PA微波爐的實(shí)用性，取不同水樣，按照上述方法進(jìn)行測定，平行測定8次。并與WMX-B微波消解裝置測定的結(jié)果進(jìn)行比對(duì)。表5 WMX-B微波消

16、解裝置與美的MK823ESJ-PA測定不同樣品結(jié)果比較樣品WMX-B微波消解裝置/(mg.L-1美的MK823ESJ-PA/(mg.L-1相對(duì)偏差/%RSD/%井水水樣23.04023.7353.022.99氧化塘水樣106.758104.250-2.351.91沼氣池水樣1274.7341226.784-3.763.72豬尿尿樣5680.1255588.464-1.623.02由表5可知，井水水樣、氧化塘水樣、沼氣池水樣、豬尿尿樣，采用美的MK823ESJ-PA微波爐平行測定8次結(jié)果與WMX-B微波消解裝置測定值之間無顯著差異，相對(duì)偏差3.76%，美的MK823ESJ-PA微波爐平行測定結(jié)果

17、的RSD3.72%。3 結(jié)論（1） 通過實(shí)驗(yàn)，確定了美的MK823ESJ-PA微波爐使用中高火（消解功率616W）對(duì)水樣進(jìn)行消解與WMX-B微波消解裝置對(duì)水樣的消解效果等效；對(duì)于一般易氧化的有機(jī)水樣，只需要消解5min，對(duì)于復(fù)雜的有機(jī)水樣，則需要延長消解時(shí)間至9min。（2） 美的MK823ESJ-PA微波爐使用中高火（輸出功率616W）測定污水中的COD的精密度與準(zhǔn)確度與WMX-B微波消解裝置對(duì)水樣的消解效果相比，美的MK823ESJ-PA微波爐加標(biāo)回收率為97.7%-113.9%、且美的MK823ESJ-PA微波爐平行測定結(jié)果的RSD3.72%；美的MK823ESJ-PA微波爐使用中高火（輸出功率616W）平行測定污水中的COD，與WMX-B微波消解裝置對(duì)水樣的測定值相比，相對(duì)偏差3.76%，符合監(jiān)測方法的要求。（3） 相對(duì)于WMX-B微波消解裝置，美的MK823ESJ-PA微波爐除了同樣具有操作簡便，消解速度快的優(yōu)點(diǎn)，更有節(jié)約能耗，節(jié)省金錢的方面的優(yōu)勢，適用于實(shí)驗(yàn)室評(píng)價(jià)水體污染程度及批量污水COD測定，