李險峰,張錦軍,劉國聰
(1.惠州學(xué)院化學(xué)工程系,廣東惠州516007;2.亞倫國際集團(tuán)有限公司,廣東惠州516035)
塑料具有原料來源廣泛、品種繁多、易于加工、性能優(yōu)異等特點(diǎn)[1],已被廣泛用于生產(chǎn)及日常生活各個方面,如汽車內(nèi)飾件、醫(yī)療器械、電子電器產(chǎn)品等[2].由于塑料的生產(chǎn)工藝等原因在替換品和用途上不可避免地使用了有害重金屬,其中的鉛等重金屬危害已日益引起世界各國的重視[3-5],歐盟2011/65/EU[6]指令明確規(guī)定了電子電氣設(shè)備中鉛、鉻(VI)、汞、聚溴聯(lián)苯、聚溴二苯醚的含量均不得超過0.1%(即1 000 mg/kg).現(xiàn)時塑料中鉛的分析標(biāo)準(zhǔn)有SN/T2046-2008[7]和IEC62321(ED1.0):2008[8],目前部分研究對塑料中的鉛進(jìn)行了測定[9-11],但沒有專門針對ABS塑料的分析標(biāo)準(zhǔn).為了有效監(jiān)測并嚴(yán)格限制ABS塑料材料中鉛元素的含量,盡量降低含鉛材料對環(huán)境和人體造成的危害,本文中以ABS塑料為研究對象,采用微波消解進(jìn)行樣品前處理,使用電感耦合等離子體光譜法(ICP-AES)測定ABS塑料中的鉛含量,實驗快速,準(zhǔn)確,并對檢測條件進(jìn)行詳細(xì)討論,為塑料中鉛含量分析標(biāo)準(zhǔn)方法的制訂提供參考.
1.1 儀器及工作條件ICPE-9000型電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀(ICP-AES)-配ASC-6100型自動進(jìn)樣器(Shimadzu);ETHOS-A型微波消解儀-配聚四氟乙烯(PTFE)消解罐(意大利Milestone);AL-104精密電子天平(上海Mettler-Toledo國際貿(mào)易有限公司);超聲波清洗器(上海科導(dǎo)超聲儀器有限公司);SYZ-550石英亞沸高純水蒸餾器(江蘇勤華玻璃儀器廠).ICP-AES工作氣體為Ar(99.999%),其優(yōu)化工作條件如表1.
表1 ICP-AES儀器工作條件
1.2 試劑及標(biāo)準(zhǔn)溶液鉛標(biāo)準(zhǔn)儲備溶液濃度1 000μg/mL(中國計量科學(xué)研究院);65%HNO3(優(yōu)級純,廣州市化學(xué)試劑廠);30%H2O2(分析純,廣東化學(xué)試劑廠);實驗用水為亞沸水.用10%的HNO3逐級稀釋1 000μg/mL鉛標(biāo)準(zhǔn)液配制成0.0、0.1、0.2、0.5、1.0、2.0、4.0 μg/mL 系列濃度的鉛標(biāo)準(zhǔn)溶液.
1.3 器皿處理實驗所用玻璃器皿均用體積分?jǐn)?shù)20%硝酸溶液浸泡24 h以上,置于超聲波清洗器水清洗,后蒸餾水洗,再用亞沸水沖洗備用.
1.4 試樣制備以亞倫工業(yè)科技(惠州)有限公司榨汁機(jī)頂蓋的ABS原料作為測試樣品,樣品為淺棕色ABS塑料.用剪刀將樣品剪碎至規(guī)格約為1.0mm×1.0mm的小顆粒,稱取200mg,精確至0.1mg.
1.5 試樣的消解將試樣放入聚四氟乙烯微波消解罐中,加入7.0mL濃硝酸和1.5mL30%過氧化氫,將壓力罐加保護(hù)套蓋好,然后放入微波消解儀中進(jìn)行微波消解,消解程序見表2,結(jié)束并冷卻后,將罐內(nèi)消解液轉(zhuǎn)移至50mL容量瓶中,用亞沸水定容,待測.同時制備空白樣.
表2 微波消解程序
2.1 建立標(biāo)準(zhǔn)工作曲線在最優(yōu)儀器工作條件下,按濃度由低至高依次測定系列標(biāo)準(zhǔn)工作溶液,依據(jù)其發(fā)射的響應(yīng)強(qiáng)度與它們濃度關(guān)系來繪制標(biāo)準(zhǔn)工作曲線,標(biāo)準(zhǔn)工作曲線的線性方程為C=0.016 120 1Ⅰ+0.012 894 3,線性相關(guān)系數(shù)R2為0.999 8,如圖1.鉛的標(biāo)準(zhǔn)工作曲線線性范圍在0.0~4.0μg/mL內(nèi),線性良好.在此線性范圍內(nèi),依據(jù)稱樣量200mg和樣品最終定容體積50mL可計算出樣品含量的檢測范圍在0.0~1 000.0mg/kg之間.
2.2 試樣的測定稱取處理備用的試樣200mg,精確至0.1 mg,消解后定容在50mL的容量瓶,在最佳儀器工作條件下測定試樣的原溶液中鉛的含量為1.19μg/mL,依據(jù)稱樣量和試樣最終定容體積計算出試樣中鉛的含量為297.5mg/kg.
圖1 鉛元素標(biāo)準(zhǔn)工作曲線圖
2.3 消解條件的選擇
2.3.1 濃硝酸用量對消解效果的影響 采用微波消解儀消解ABS塑料樣品,分別加入1.0至10.0mL濃硝酸及1.5mL過氧化氫對樣品進(jìn)行消解,對ABS樣品部分消解效果見圖2.由圖2可知,加入7.0mL濃硝酸可得到良好的消解效果,濃硝酸用量小于7.0mL,樣品消解不完全,濃硝酸用量過多,則會增加空白值,本實驗選用7.0 mL濃硝酸作為消解ABS塑料樣品的試劑.
2.3.2 過氧化氫用量對消解效果的影響 為了完全破壞塑料復(fù)雜的有機(jī)基體,必須加入強(qiáng)氧化劑,選擇過氧化氫并對其用量進(jìn)行考查,過氧化氫用量對ABS塑料消解效果的影響見圖3,由圖3可知,加入1.5 mL過氧化氫可將ABS塑料樣品消解完全.
圖2 濃硝酸用量對消解效果的影響
圖3過氧化氫用量對消解效果的影響
2.3.3 功率-時間消解程序的設(shè)置 為了使樣品完全消解,分別對微波消解功率和消解時間進(jìn)行了探討,實驗結(jié)果表明,對于ABS塑料樣品,加入濃硝酸和過氧化氫的量按表2的消解程序即可獲得較好的消解效果.
2.4 儀器分析譜線的選擇ICP-AES儀器中鉛有3個分析波長可以選擇,同時選擇鉛的3個波長和砷、鐵、鋁、鋅、銅、鈷、錳、鎳等元素的標(biāo)準(zhǔn)溶液混合進(jìn)行測試,得到相應(yīng)的掃描峰形圖,計算機(jī)聯(lián)用貯存這些圖譜,并可將它們同時顯示,如圖4.從所示的譜線及背景的輪廓和強(qiáng)度值進(jìn)行比較,根據(jù)干擾情況,選擇強(qiáng)度大、峰形好、干擾少的譜線為分析線,因此本方法選擇220.353 nm為分析譜線.
圖4 鉛干擾圖譜
2.5 儀器工作條件的選擇
2.5.1 功率的影響 固定其他參數(shù),由0.85~1.50 kW改變功率觀察檢測情況,從實驗結(jié)果可知大多數(shù)元素隨功率的增加譜線強(qiáng)度增加,但功率增大到一定程度后信背比反而下降,功率太低,影響待測元素的激發(fā),功率太大,能源消耗大,同時也易燒毀炬管.綜合考慮選1.20 kW較合適.
2.5.2 載氣流量 對大多數(shù)待測元素而言,載氣流量對譜線強(qiáng)度的影響并不明顯.隨著輔助氣流量的增大,各待測元素譜線強(qiáng)度均有下降的趨勢.故選擇氬輔助氣流量為0.7 L/min最有利.
2.5.3 冷卻氣流量的影響 從實驗結(jié)果可知冷卻氣流量過低,火焰不穩(wěn)定,且容易燒毀炬管,冷卻氣流量過大,火焰不穩(wěn)定,儀器容易熄火和浪費(fèi)氣體,因此選擇0.6 L/min較合適.
2.6 實驗方法檢出限按照優(yōu)化的樣品測定方法測定試劑空白,平行測定7次,以其測定結(jié)果標(biāo)準(zhǔn)偏差的3倍計算儀器檢出限,鉛的儀器檢出限為0.029 4μg/mL,依據(jù)稱樣量和樣品最終定容體積計算本方法檢測限可達(dá)到7.35mg/kg.結(jié)果如表3.
表3 方法檢測限
2.7 精密度和回收率稱取200mg已剪好的樣品8份,精確至0.1mg,一份不加標(biāo)液,另外7份加入鉛標(biāo)準(zhǔn)溶液100μg/mL各0.5mL.消解后定容在50mL的容量瓶,按分析步驟進(jìn)行分析測試7次,計算該方法的加標(biāo)回收率以及相對標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD),如表4.
表4 檢測方法精密度和加標(biāo)回收率
采用微波消解ICP-AES法測定ABS塑料中鉛的含量為297.5mg/kg.實驗中儀器檢出限為0.029 4μg/mL,方法的檢測限為7.35mg/kg,相對標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)為3.53%,回收率在88.0%至107.0%之間.該方法樣品用量少,溶樣周期短,測試結(jié)果令人滿意,適用于ABS塑料中鉛含量的快速測定,并為塑料中鉛含量的檢測方法標(biāo)準(zhǔn)提供案例參考.
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湖北大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)2015年1期