ICP-AES测定塑胶类样品中有害元素的四种前处理方法比较

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2013/12/26
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ICP光谱

摘要：本文分别用电加热板法、微波消解法、干灰化法、硫酸碳化对塑胶样品进行预处理，然后用电感耦合等离子体发射光谱仪测定其中Pb、Cr、Cd的含量，检测结果表明，微波消解法效果优于其他几种方法，具有消解完全、挥发损失少、污染少和结果准确等优点。

RoHS指令（无机测试Pb、Cr、Cd、Hg）涉及的产品范围相当广泛，几乎涵盖了所有电子、电器、医疗、通信、玩具、安防信息等产品，它不仅包括整机产品，而且包括生产整机所使用的零部件、原材料及包装件，关系到整个生产链。与身体经常接触的多为塑胶为原料的成品，因此测试塑胶类样品中的Pb、Cr、Cd的含量至关重要。分析测定塑胶类样品中Pb、Cr、Cd的含量，样品的前处理是关键。塑胶类样品的消解方法有很多，有电加热板直接加热法，微波消解法，马弗炉干灰化法，硫酸碳化法等。这些方法各有优缺点，本文以电加热板直接加热法，微波消解法，马弗炉干灰化法，硫酸碳化法对塑胶类样品进行预处理，以电感耦合等离子体发射光谱仪测定其中的Pb、Cr、Cd的含量，通过数据对比，选择出相对优越的消解方法和最佳消解条件。

一、实验部分

1.1 主要仪器和试剂

PE 7300DV型电感耦合等离子体发射光谱仪（美国铂金埃尔默），电子控温加热板（北京莱伯泰科仪器，EG35B），马弗炉（上海西格玛仪器，SGM2854A），微波消解仪（上海新仪微波，MDS-8），瓷坩埚，100ml玻璃烧杯，50ml容量瓶等.

实验用于均为超纯水（电阻率为18.25MΩ.cm），实验用酸均为优级纯酸：盐酸，硝酸，过氧化氢，硫酸。

EC681K塑胶标样为进口标样，Pb、Cr、Cd标准溶液（1000ug/ml）由国家标准物质中心提供。

1.2实验方法

1.2.1电热板加热消解

称取约0.5g（精确至0.0001g）样品置于100ml玻璃烧杯中，先加入6ml硝酸，再加入2ml过氧化氢，盖上表面皿，于电热板上约200℃加热反应约1h，再加入5ml盐酸继续加热煮沸，反应30min后取下冷却至室温，过滤定容至50ml容量瓶中待测，同时做平行样品及样品空白试验。

1.2.2微波消解法

称取约0.5g（精确至0.0001g）样品于微波消解罐中，加入6ml硝酸，2ml过氧化氢，于160℃电热板上加热预反应30min后取下冷却，冷却后装上防爆垫，装罐置于微波消解仪中以以下设置参数运行消解样品。

表1 微波消解参数

温度（℃）	功率（W）	持续时间（min）
100	600	10
120	600	10
140	600	10
160	600	10

待程序运行结束，冷却完成后取出，过滤定容至50ml待测，同时做平行样品及样品空白试验。

1.2.3马弗炉干灰化法

称取约1g样（精确至0.0001g）样品置于50ml瓷坩埚中，加盖，放入马弗炉中，马弗炉从常温开始持续升温到600℃并保持恒温1h，取出坩埚使之冷却至室温，置于200℃电热板上，加入10ml（1+1）王水，加热反应约20min后取下冷却，定容至50ml容量瓶中待测，同时做平行样品及样品空白试验。

1.2.4硫酸碳化法

称取约0.5g（精确至0.0001g）样品置于100ml玻璃烧杯中，先加入5ml硫酸，于电热板上加热碳化样品，约30min后样品完全碳化，无明显颗粒状样品时取下，加盖，缓慢滴加6ml硝酸至样品澄清透亮，再置于电热板上250℃继续加热10min，取下冷却，用水冲洗器壁（若产生絮状沉淀应继续加热），冷却，定容至50ml待测，同时做平行样品及样品空白试验。

1.3样品测定

用电感耦合等离子体发射光谱仪直接吸取标准溶液及消解液，最终得出溶液浓度。电感耦合等离子体发射光谱仪的工作条件如表2

表2 仪器工作参数

元素	波长（nm）	寻峰步距nm	负高压V	积分方式
铅	220.353	0.002	700	峰高
铬	267.716	0.002	600	峰高
镉	228.812	0.002	500	峰高

二、结果与讨论

2.1不同消解方法的消解效果的比较

分别用电加热板直接加热法，微波消解法，马弗炉干灰化法，硫酸碳化法对EC681K标准样品进行消解，然后用电感耦合等离子体发射光谱仪测定其中的铅、铬、镉的含量，结果见下表3

表3 不同消解方法消解效果的比较

元素	Pb	Cr	Cd
标准值（mg/kg）	98	60	137
电热板加热法	94.5	55.1	121.9
微波消解法	104.3	58.6	129.0
马弗炉灰化法	32.8	11.6	50.7
硫酸碳化法	76.5	57.3	114.5

表4不同消解方法的回收率比较

元素	Pb	Cr	Cd
电热板加热法	96.4%	91.8%	89.0%
微波消解法	106.5	97.7%	94.2%
马弗炉灰化法	33.5%	19.3%	37.0%
硫酸碳化法	78.1%	96.0%	83.6%

由表3、表4可以看出，针对EC681K样品四种前处理方法得出的数据对比，并没有一种前处理方法对此类样品中多元素的测试有较好的消解效果，针对不同的元素可采用不同的前处理方法进行测试，但马弗炉干灰化的前处理效果明显低于其他前处理方法的测试效果，故不采用。

2.2不同消解方法操作过程和试剂用量比较

通过比较可知（见表5），电热板直接加热法的优点就是仪器设备简单，操作简便，应用也较为普遍，但缺点也很明显，消解时间总体较长，所需试剂种类多，量大，易带入较多的杂质，产生的大量的大量酸雾对操作者和环境带来危害；微波消解法则可以避免以上危害，密闭消解，受外界干扰较小，温度最高约160℃，元素不易挥发损失，消解教彻底，但是操作比较繁琐，仪器整体成本较高；干灰化法虽然成本不是很高，操作也比较简单，但是针对塑胶粒样品，元素总体的回收率都较低，不适于此类样品的消解测试；而硫酸碳化法使用成本较低，操作简便，但是浓硫酸有一定的危险性，需谨慎使用。

比较项目	电热板加热法	微波消解法	干灰化法	硫酸碳化法
称样重量（g）	0.5	0.5	不少于1	0.5
使用试剂的种类	HCl、HNO3、H2O2	HNO3、H2O2	HCl、HNO3	H2SO4、HNO3
使用试剂量（ml）	13	8	5	11
消解时间（h）	2	1-2	1-2	＜1
对环境的污染	大	小	小	大
测试成本	小	很大	大	小