使用密闭微波消解系统测量化学需氧量

毕业设计相关论文翻译强化院潘亚飞使用密闭微波消解系统测量化学需氧量EST收录2005，39（16），第6198-6201页M.DharmadhikariDattatray，*P.Vanerkar，M.BarhateNIVEDITA(国家环境工程研究所，环境分析仪器部，尼赫鲁玛格，440020那格浦尔，印度)摘要：使用密闭微波消解系统（CMD）来确定化学需氧量（COD）作为一种新方法被提出，以取代传统耗时的开放回流法（OR）。该程序使用了实验室级的密闭微波消解系统（磁控管），在一个完全封闭的90毫升的聚四氟乙烯容器内进行小体积样品（3.0毫升）的消化。一次性消化10个样品，且样品的COD值范围在5-1000mg/L1。相比常规方法所需的2小时，该方法的消化时间只为15分钟。在去除氯离子干扰方面，该方法每升可以去除6000毫克的Cl-，而传统方法每升仅可以去除2000毫克。通过常规的方法或删除。目前的工作中发现，为获得可再现的结果而对通过膜过滤器或均质化的污水样本进行过滤不是必需的。提出的该方法符合成本效益，节省时间、精力，可为纯有机化合物试剂和废水样品提供精确的结果，且是十分环保的。介绍：化学需氧量（COD）是广泛地用衡量作水和废水的污水强度的一个重要参数。常规的方法是使用以下五种之一的强氧化剂，如重铬酸钾，硫酸高铈，碘酸钾，高锰酸盐，将水和废水中存在的有机物氧化。该方法用于测量富含有机污染物的水生生物样品，其灵敏度取决于所用的氧化剂和氧化含碳物质时采用的不同消化方法。然而，重铬酸钾已被发现是最合适的氧化剂，因为它是能够将含碳物质完全氧化为二氧化碳和水。在该方法中，样品的氧化是通过打开回流（OR）程序，该方法适用的样品较广泛，但需用较大的样品容器且耗费时间（约2-2.5小时）。此过程中有局限即：（i）该方法在高精确度条件下误差达到10-20％，（ii）降低氧化电位（ⅲ）有机物存在挥发（四）大量消耗纯试剂带来高的空白值（v）在一定程度上存在外部源的污染。封闭回流（CR）检测COD的方法在美国和台湾被认为是标准方法。与日本（用锰法测COD）相比，在美国使用的方法具有更高的检测限，但存在严重的氯离子干扰。由于需要的试剂数量较少，且使用更经济的金属盐试剂，并产生较小数量的危险废物试剂，CR分光光度法被规定为标准方法5220C。然而，这些方法也需要更多的时间（约2小时）和含有悬浮固体的均质化样品才能获得可再现的结果。从上述介绍的测定COD的缺点考虑，又采取了更多的尝试来评估其它合适的方法。封闭的微波辅助湿消化的程序是快速消化（氧化和还原）各种化合物的功能强大的技术之一（7）。微波辅助预处理环境样品在消解速度和消耗的试剂方面存在相当大的优势（8）。在文献中（9-13）报道了备受关注的微波技术可用于加速重铬酸钾对于有机产品和水中的部分无机盐的氧化。使用微波消解程序较回流周期较长的经典的方法可以减少高达60倍（14）。Chen等人（15）曾试图使用微波消解系统来确定水产品样品中的COD负荷。他们所使用的系统有六个独立的磁控管，用微波辐射六个独立样品。（16）威尔逊和Jarbus采用工毕业设计相关论文翻译强化院潘亚飞业微波系统（700瓦，可旋转，商业微波炉）消化水产品样品以进行定量COD负荷。然而，这些工人所建议的消化过程是昂贵且耗能的。这项研究的目的是使用密闭微波消解程序（CMD）来发展一种对废水中样品的COD负荷回收率较高且具有较高的消除氯离子干扰的快速、准确的方法。通过封闭微波消解程序获得的结果已被开放的回流法（标准方法5220B）（6）获得。实验部分微波消解系统。实验室级的CMD系统（校风-900微波实验室系统，意大利制）被用于样品消化。该系统规定在同一时间消化10个样品。在用高的机械强度以维持高压高温（435磅，300°C）的情况下，该系统只用一个磁控管工作，这样可以集中微波辐射向每个添加透明特氟隆（tetrafluoromethylene或TFM）的样品中（容量为90毫升）。所有在微波消解转子（MDR）中的消解罐都受到专门的重合闸（口和重新密封）溢流阀机制的保护。消解系统被一个高性能的的酸碱洗涤器模块连接，以避免在被排放到大气中之前就被中和的危险的烟雾。试剂。所用试剂均为分析纯（AR）级，并每一份均按标准程序中描述的回流方法的标准方法准备即采用双蒸水在整个分析。标准。在整个工作中作为基准溶液的邻苯二甲酸氢钾（KHP）标准溶液的理论COD值为1000mgL-1。废水样本来自不同的工业且样品在低于4°C保存。回流COD测定方法。具有不同的浓度和来自不同行业的废水样品的标样分为两类，第一类标样COD负荷测定是使用样本量为20毫升的回流方法测量的。第二类标样和样品保存在实验室中通过微波消解程序进行消化。建议微波消解程序。第二批保存的标样和样品用新开发的程序进行处理，相比于原有的20毫升的样品体积，在TFM容器中只用了3毫升样品，且根据回流方法测COD负荷的标准方法2550B，试剂成分添加比例上升{硫酸汞0.06毫克，重铬酸钾1.5毫升，浓硫酸4.5毫升和硫酸银0.05毫克}（6）。在所有TFM容器中的总容积为9毫升。样品暴露在微波的总的最佳时间为15分钟，功率变化取值范围为0-600W。在消解后，将样品转移到容量瓶中。在消解的样品中加入过量的重铬酸钾标准硫酸亚铁铵（FAS）并使用ferroin（1,10-邻菲罗啉混合物）作为指示剂进行滴定。结果与讨论优化的消化时间。为了优化所提出方法的消解时间，样品在在3-20分钟的范围内的不同的时间间隔内进行消解。结果发现完全消化所需的总的最佳时间是15分钟。按照Chen等人。（15）和Wilson和Jarbas的（16）发现，少量的含有1000mg/LCOD的样品，消解的最佳时间是8-9分钟。消解的时间的不同，可能是由于使用的微波系统间的差异和同时消解样品的数量之间的差异。根据金斯敦和杰茜（9），微波功率和加热时间严格依赖于同时被消化的样品的数量，但是，目前的研究表明，在通常用于在实验室中普通的微波系统的条件下，一个微波消解系统能在15分钟的时间内同时消化8-10个来自各种工业废水样本。毕业设计相关论文翻译强化院潘亚飞优化的样品体积。对于开发CMD方法的程序，在TFM容器中反应混合物的总体积是一个主要的且必须要进行调查问题。在消化过程中，样品在容器内部的体积总是保持在其总体积的十分之一。这一直遵循由Geadye等在1988年（14）推荐的基于安全的测量方法。在目前的研究中，在1-6毫升的不同体积范围内的化学需氧量为400mg/L的标准KHP，用于研究COD负荷的最大回收率。图1显示一个具有1.4％的变异系数的3毫升的标准KHP样品，在标准偏差较低的情况下适于实现100％的回收率。图1使用COD为400mg/L的KHP标准溶液对于样本体积进行优化COD的量化范围要确定最小以及最大的COD值，实验使用KHP标准溶液进行消解条件的优化，且COD的范围从5mg/L—1000mg/L（见表1）。结果表明，该方法可以测量的最低浓度为5mg/L,且具有再现性和百分高收率。表1CMD法测定COD的最小和最大值序号标准KHP体积（mg/L）COD（mg/L）回收率（％）CV（％）1005004±1（5）8025.02010012±3（5）12025.03025024±2（4）968.334050051±4（5）1027.845100098±5（5）985.106150157±6（4）1043.827200200±4（3）1002.008200252±4（5）1001.589300307±4（6）1021.3010350976±6（5）1001.9811400409±5（5）1021.2212450467±15（5）1031.0713500518±7（5）1031.3514550558±2（4）1010.3515600612±4（4）1020.65毕业设计相关论文翻译强化院潘亚飞16650652±4（5）1000.6117700714±9（7）1021.2618750760±4（5）1010.5219800816±4（3）1020.4920850862±3（5）1010.3421900906±5（5）1000.5522950946±9（5）990.9523100976±6（5）970.61一 平均数±SD（n），其中，n是观测值的数量。b 系数的方差。对回流方法和CMD程序进行比较。回流方法和提出的CMD程序使用KHP标准溶液进行比较（见表2）。结果发现提出的密封微波消解程序更适合于负荷在5mg/L以下的较低的COD样品。从标准差和变异系数的结果来看，提出的微波消解程序是有效的，且具有更大的可重复性，灵敏度和选择性。KHP标准溶液的COD测定。由提出的CMD方法和回流方法同时进行测量在不同的范围的KHP标准溶液的COD值（较低，中等和较高）（表2）。与回流方法相比，CMD的方法被认为是在较低的范围（5〜50mg/L）更为适合的。结果表明，所提出的程序测出的COD值和理论COD值的比率在0.96-1.02的范围内，但是，通过回流方法测出的COD值和理论COD值的比率在0.64-0.84的范围内。结果表明，由CMD的程序测出的COD值的变化系数比回流方法获得的更低，同时CMD的程序更精确。表2中CMD方法和回流方法同时进行测量在不同的范围的KHP标准溶液的COD值序号KHP的理论COD值（a）两种方法的COD值比值CV（％）回流方法(b)密闭微波消解方法(m)b/am/a回流方法密闭微波消解方法10NDÇ3±1.09（6）NDð36.0025ND5±1.48（8）ND1.028.1932516±3.16（5）24±2（4）0.640.9619.758.3345036±3.26（4）51±4（5）0.721.029.057.84510082±2.82（6）98±5（5）0.820.983.435.10毕业设计相关论文翻译强化院潘亚飞6500420±9.05（5）518±7（5）0.841.032.151.357800680±9.36（6）816±4（5）0.831.021.410.498900756±8.48（6）906±5（5）0.841.001.120.5591000840±13.62（6）976±6（5）0.840.971.620.61一 平均值±标准差（n），其中n是观测值的数量。Ç 变异系数。 nd，未检出。ð 表示无限。COD测定纯有机化合物。通过回流方法和CMD程序在适当的浓度（1000mg/L）下对纯的有机化合物，比如葡萄糖，KHP，草酸，柠檬酸，蔗糖，淀粉（可溶部分），麦芽糖，甘油进行消解，同时将这些化合物中的COD测定值与COD理论值进行比较（表3）。通过CMD方法测定的KHP标准的有机溶液，葡萄糖，草酸，蔗糖的COD值只有0％的偏差，而柠檬酸，麦芽糖，甘油比例略高偏差分别为0.58，0.75，和0.74。淀粉（可溶性一部分）与理论COD值偏差为35.18，显示出比较高的偏差比例。因此，研究结果表明，所研制的微波消解过程较回流程序更适合用于消解。表3回流方法和CMD方法测定纯有机化合物COD序号复合物理论的化学需氧量mg/L化学需氧量mg/L与理论值的偏差%回流方法CMD方法回流方法CMD方法1葡萄糖1066*1061*1065*0.460.002KHP1136113211360.350.003草酸1261201264.760.004蔗糖1128112011280.700.005柠檬酸6856886890.430.586淀粉**118544676862.3635.187麦芽糖1066105610580.940.75毕业设计相关论文翻译强化院潘亚飞8甘油1216120012071.3150.74一 重点：*，平均6个值;**，水溶性部分。COD废水样品的测定。废水样本的收集来自不同的工业行业和场所（即，乳制品，染料，石油精炼厂，制革厂，中药制药，生活污水和海水）。由以上两个程序对这些样品进行