Analysis of flue gas desulfurization wastewaters with the Agilent 7700x/7800 ICP-MS

Význam tématu

Odsiřování spalin v uhelných elektrárnách generuje odpadní vody obsahující vysoké koncentrace rozpuštěných pevných látek a stopové kovy v nízkých koncentracích. Analytické stanovení těchto prvků v matrici bohaté na Ca, Mg, Na, Cl, SO4, NO3 a bor představuje značnou výzvu kvůli polyatomovým interferencím a vysoké variabilitě složení vzorků.

Cíle a přehled studie

Cílem bylo vyvinout a validovat metodiku podle požadavků US EPA pro stanovení toxických kovů (As, Cd, Cr, Cu, Pb, Se, Tl, V, Zn a dalších) v odsiřovacích odpadních vodách pomocí ICP-MS. Metoda byla navržena a ověřena v laboratoři TestAmerica Laboratories a reaguje na nové směrnice EPA týkající se vypouštění průmyslových odpadních vod.

Použitá metodika a instrumentace

Vzorky byly uchovány v nádobách z HDPE, kyselinově upraveny na pH<2 a podrobeny digesci podle EPA 1638. Analýza probíhala na přístroji Agilent 7700x/7800 ICP-MS vybaveném:

• High Matrix Introduction (HMI) pro řízené ředění aerosolu a zvýšení robustnosti plazmy,
• Octopole Reaction System (ORS3) v heliovém režimu pro eliminaci polyatomových interferencí (vodíkový režim pro Se),
• ISIS-DS diskretním odběrem pro minimalizaci paměťových efektů a zkrácení doby analýzy.

Plazmové parametry optimalizoval software MassHunter. Data byla sbírána pro 25 mas včetně interních standardů, s třemi replikáty na vzorek a integrační dobou 50–100 ms.

Hlavní výsledky a diskuse

Metoda dosáhla metodických detekčních limitů 0,1–2 ppb pro většinu analyzovaných prvků ve syntetické FGD matrici s TDS>1 %. Jednoprvkové interference check roztoky prokázaly úspěšné potlačení většiny spektrálních interferencí pod 1 ppb, s výjimkou Cr, Ni a Zn v roztoku 10 000 ppm Ca a V v 10 % HCl.
Analýza syntetického FGD vzorku obohaceného 40 ppb cílovými prvky vykázala návratnosti 86–120 % a splnila požadavky CCV (±15 %) a MS/MSD (±30 %). V sekvenci 88 vzorků byly interní standardy stabilní v rozsahu 60–125 % a celkový instrumentální drift pod 10 %. Relativní procentuální rozdíly (RPD) MS/MSD párů byly většinou <20 %, s omezeným nárůstem variability u stříbra v přítomnosti vysokého obsahu chloridů.

Přínosy a praktické využití metody

Navržená metoda nabízí robustní a rutinní řešení pro environmentální monitorování odpadních vod z odsiřovacích zařízení parních elektráren. Umožňuje spolehlivé stanovení klíčových toxických kovů bez náročných úprav vzorku, s vysokou propustností a kompatibilitou s EPA QA/QC protokoly.

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekává se rozšíření použití této metodiky na další náročné průmyslové odpadní vody a komplexní matice. Kombinace s chromatografickými separacemi pro speciační analýzu kovů, vyšší úroveň automatizace odběrů a adaptace na mezinárodní regulační požadavky představují perspektivní směry dalšího rozvoje.

Závěr

Metoda podle nového EPA protokolu pro FGD odpadní vody s využitím Agilent 7700x/7800 ICP-MS s HMI, ORS3 a ISIS-DS prokázala vynikající spolehlivost, robustnost a kompatibilitu s přísnými požadavky na kvalitu dat. Je vhodná pro rutinní nasazení v laboratořích zaměřených na průmyslovou a environmentální analýzu.

Reference

1. US EPA. Technical Support Document for the Preliminary 2010 Effluent Guidelines Program Plan, 40 CFR Part 423.10, 2010.