随着社会的发展，人们对环境的关注也日益增加，煤燃烧对环境造成的污染引起重视^{〔1, 2〕}，煤燃烧过程中污染元素进入大气、水、土壤，易被人体和动物直接吸收，危及整个生态系统和人体健康^〔3-5〕。因此，准确测定这些元素在煤及其燃烧产物中的含量非常重要。本研究采用高压密封硝化罐对原煤及煤燃烧后的底灰、飞灰样品进行处理，将化学计量学应用于电感耦合等离子体发射光谱(ICP-AES)法测定原煤及底灰、飞灰中25种金属元素的含量。结果报告如下。

1 材料与方法 1.1 实验仪器与工作条件

DRE电感耦合等离子原子发射光谱仪(美国Leeman公司)。功率1.0 kW、氩气压力0.55 MPa、冷却气流量15 L/min、辅助气流量0.5 L/min、雾化器压力374.06 Pa、提升量1.5 ml/min、观察位置自动优化。高压硝化罐(聚四氟乙烯高压熔样器)(上海冶金研究院)。超纯水器(Airum611di)，电子天平(B211D)(德国赛多利斯公司)。

1.2 试剂与标准溶液

硝酸(MOS级)、高氯酸、氢氟酸(GR，北京化学试剂研究所)。标准储备液：Ca、Mg、K、Co、Ni、Al、Zn、Cu、Ba、Li、Sr、Mn、Cd、Cr、Se、Sn、As、Hg、Pb、Au、Pt、V、Ti、Tl、Ce的标准液均为1 000 μg/ml (国家钢铁材料测试中心冶金部钢铁研究总院)。混合标准溶液1：将标准储备液用2%硝酸逐级稀释，混合至Ca、Mg、K、Co、Ni、Al、Zn、Cu、Ba、Li、Sr、Mn浓度分别为0.00，5.00，10.00 μg/ml。混合标准溶液2：将标准储备液用2%硝酸逐级稀释，混合至Cd、Cr、Se、Sn、As、Hg、Pb浓度分别为0.00，1.00，2.00 μg/ml。混合标准溶液3：将标准储备液用2%硝酸逐级稀释，混合至Au、Pt、V、Ti、Tl、Ce浓度分别为0.00，1.00，2.00 μg/ml。

1.3 样品处理

将煤及底灰、飞灰样品研磨碎过100目筛，准确称取样品0.200 0 g于高压消化罐中，时间为3 h，取出硝化罐冷却，把硝化罐中的溶液全部移入50 ml容量瓶中，以2%硝酸定容，待测。同时做空白实验。

1.4 测定方法

在ICP-AES仪器最佳工作条件下，制作各元素标准曲线，对样品进行测定。每个样品重复测定3次。

2 结果 2.1 分析波长的选择及背景的校正(表 1)

ICP-AES法对每个元素的测定都可以同时选择多条特征谱线，而且光谱仪具有同步背景校正功能，因此，实验中对每个测定元素选取2~3条谱线进行测定，综合分析强度、干扰情况及稳定性，选择谱线干扰少、精密好的分析线。

2.2 最佳硝化条件的选择

本文采用化学计量学中正交实验设计，选择L₁₆(4⁴)正交表，按四因素、四水平进行正交实验，通过方差分析选择最佳的样品处理条件为：硝化温度：120 ℃；硝化时间：3 h；酸配比(HNO₃:HClO₄:HF=4:2:1)；酸用量为8.00 ml。

2.3 方法的检出限、精密度

对空白样品溶液重复测定10次，取3次标准偏差所对应的浓度为各元素的检出限，各元素检测限为0.000 2~0.015 3 μg/g。相对标准偏差 < 2.31%。

2.4 回收率测定

采用最佳实验条件，对原煤样品中25种元素分别做加标回收实验，回收率为90.0%~110.0%。

2.5 样品含量的测定(表 2)

对抚顺煤矿的煤及其燃烧后的底灰、飞灰样品中金属元素的含量进行了测定。

3 讨论

采用低温高压密封硝化罐对原煤及煤燃烧后的底灰、飞灰样品进行处理，此硝化方法用样量少，环境污染也小；而化学计量学是将数学方法应用于分析化学实验中，通过正交实验设计优化实验条件，通过方差分析选择最佳实验条件，即省时、又省力，能够以少的实验次数获得更多的信息；电感耦合等离子体发射光谱(ICP-AES)法简单、快速、灵敏度高，准确性好，且多元素同时测定。本文将几种方法相结合测定了原煤及底灰、飞灰中25种金属元素的含量。研究表明：煤燃烧后的底灰、飞灰中微量金属元素普遍得到了富集。依照GB15618-1995土壤环境质量标准规定的标准值，常量元素Cu、Zn等基本在正常范围。而煤燃烧后的底灰、飞灰中，元素As、Hg、Pb、Cd、Cr等严重超标，这些元素均为环境毒害元素，因此，煤燃烧后底灰、飞灰的处理、排放及再利用一直是研究的重点课题。