微波消解ICP－MS同時(shí)測(cè)定色母粒中多種重金屬元素

周諳非，楊彥麗

(國(guó)家食品質(zhì)量安全監(jiān)督檢驗(yàn)中心，北京，100094)

市場(chǎng)上用于食品包裝的塑料制品品種繁多，很多企業(yè)為了吸引消費(fèi)者，使得食品包裝的顏色越來(lái)越亮麗。這些漂亮的顏色產(chǎn)生是由于在包裝生產(chǎn)過(guò)程中添加了色母。

色母又名色種，是一種新型高分子材料專(zhuān)用著色劑。它由顏料或染料、載體、分散劑和添加劑4種基本要素組成，是把超常量的顏料或染料均勻地載附于樹(shù)脂之中而得到的聚集體［1］。但是，一些顏料中本身含有大量重金屬元素，或由于污染物導(dǎo)致攜帶大量重金屬元素，若使用含有這些顏料的色母粒生產(chǎn)食品包裝，在盛放食品，特別是酸性食品時(shí)，這些有害元素會(huì)由塑料內(nèi)部遷移到制品的自由表面上，或遷移到相鄰的塑料或溶劑中，導(dǎo)致重金屬元素隨食物進(jìn)入人體，并蓄積于人體臟器中，對(duì)人體造成危害。

近年來(lái)，重金屬對(duì)人體的危害問(wèn)題日益受到世界各國(guó)的密切關(guān)注，很多國(guó)家對(duì)于與人體接觸的各類(lèi)塑料產(chǎn)品的生產(chǎn)原材料中重金屬的含量都進(jìn)行了嚴(yán)格控制［2］，并已出臺(tái)一些相關(guān)法規(guī)及檢測(cè)方法［3］。而對(duì)色母粒中重金屬元素的含量的測(cè)定，我國(guó)目前尚無(wú)相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)方法。本文采用微波消解ICP-MS進(jìn)行元素分析，其線(xiàn)性范圍寬，基體干擾小，靈敏度高，方法快速準(zhǔn)確，是一種較為理想的分析方法。

1 儀器與試劑

1.1 儀器

電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(ICP-MS)，Agilent 7500a(安捷倫公司，美國(guó));霧化器，Babington高鹽霧化器;霧化室，石英雙通道，Peltier半導(dǎo)體控溫于(2±0.1)℃;炬管，石英一體化，2.5 mm中心通道;樣品錐(鎳采樣錐和截取錐)，采樣錐孔徑1.0 mm，截取錐孔徑0.4 mm;微波消解儀，CEM MARS5(CEM公司，美國(guó))，包括微波爐，聚四氟乙烯高壓消解罐及固定架，具有可編程功能，并可在消解過(guò)程中進(jìn)行壓力及溫度監(jiān)控;Milli－Q超純水系統(tǒng)(密理博公司，美國(guó))。

氬氣(市售，純度不低于99.999%)。

1.2 主要試劑

HNO3，MOS級(jí)(默克公司，德國(guó));體積分?jǐn)?shù)5%HNO3，由MOS級(jí)HNO3與超純水配得;雙氧水(H2O2)，GR級(jí)(北京化工廠);鉛、砷、銅、鎘單元素標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液，濃度均為1 000 mg/L(國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研究中心);標(biāo)準(zhǔn)調(diào)諧溶液，濃度為10.0 μg/L的Li、Y、Ce、Tl、Co 混合標(biāo)準(zhǔn)溶液(5%HNO3介質(zhì))(Agilent，Part#5184 －3566)。

在線(xiàn)內(nèi)標(biāo)溶液:由濃度為1.0 mg/L的 Li、Sc、Ge、Y、In、Tb、Bi(Agilent，Part#5183 －4680)及濃度為1 000 mg/L的Rh單元素標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液(國(guó)家鋼鐵研究總院)混合配制，介質(zhì)為5%硝酸);標(biāo)準(zhǔn)溶液系列由標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液逐級(jí)稀釋配制，介質(zhì)為5%硝酸;超純水，電阻率≥18.2(MΩ·cm)，由Milli-Q超純水系統(tǒng)制得;成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì):聚丙烯塑料標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)ERM EC680和 ERM EC681。

2 實(shí)驗(yàn)方法

2.1 樣品前處理

準(zhǔn)確稱(chēng)取制備均勻的色母粒樣品0.3～0.5 g(準(zhǔn)確至0.000 1 g)于酸煮洗凈的PTFE(聚四氟乙烯)高壓消解罐中，加入5.0 mL濃HNO3和2.0 mL H2O2。按照優(yōu)化的微波消解程序進(jìn)行樣品消解。消解完畢，冷卻至室溫，將樣品消解液以超純水少量多次轉(zhuǎn)移至100 mL比色管中，定容至刻度，搖勻，待測(cè)。(若消解液中殘?jiān)^多，則需沉降30 min后再進(jìn)行測(cè)定。)

以同樣方法做試劑空白。

2.2 標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)配制

以5%硝酸溶液將鉛、砷、銅、鎘等元素的標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液分別逐級(jí)稀釋?zhuān)罱K配制成鉛、砷、鎘元素濃度分別為 5.0、10.0、20.0、50.0 μg/L，銅元素濃度分別為50.0、100.0、200.0、500.0 μg/L 的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液系列。

2.3 儀器工作條件

射頻功率、載氣流速、采樣深度等是ICP-MS的重要工作參數(shù)。工作條件優(yōu)化實(shí)驗(yàn)以靈敏度、信背比和分辨率等為考察指標(biāo)，采集10.0 mg/L標(biāo)準(zhǔn)調(diào)諧溶液 (Agilent，Part#5184－3566)，對(duì)儀器條件進(jìn)行了自動(dòng)優(yōu)化。具體工作參數(shù)如表1所示。

表1 儀器工作條件

2.4 樣品的測(cè)試

在優(yōu)化的儀器工作條件下，利用Y混合器在線(xiàn)加入內(nèi)標(biāo)溶液，以5%硝酸溶液作為空白，采集空白及混合標(biāo)準(zhǔn)溶液系列，儀器自動(dòng)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn);同樣以?xún)?nèi)標(biāo)溶液在線(xiàn)加入的方式對(duì)樣品空白溶液及消解液進(jìn)行測(cè)定。

3 結(jié)果與討論

3.1 樣品前處理方法的選擇

微波消解是近年來(lái)發(fā)展較快的一種高效的樣品預(yù)處理技術(shù)。它采用全密封的聚四氟乙烯消化罐高溫高壓消化，即樣品在密閉容器中較高壓力、溫度、強(qiáng)酸和氧化劑作用下通過(guò)微波加熱使樣品高效快速消解。此方法具有樣品消解快，試劑消耗少，空白值低，消化過(guò)程無(wú)玷污，回收完全等優(yōu)點(diǎn)，基本避免了樣品污染和元素?fù)p失，保證了測(cè)定結(jié)果的準(zhǔn)確可靠。一次消解可以滿(mǎn)足多種元素測(cè)定，是目前理想、成熟的樣品前處理方法［4］。

由于色母粒基體中含有大量的發(fā)色物質(zhì)及樹(shù)脂等高分子成分，采用一般的混酸濕法消解及微波中壓消解，不能徹底將這些大分子有機(jī)物破壞，使得待測(cè)元素被包裹于基體中，無(wú)法達(dá)到待測(cè)元素與基體完全分離，造成測(cè)定結(jié)果偏低。本實(shí)驗(yàn)采用高壓密閉微波消解罐進(jìn)行消解，取得了較為理想的效果。所用微波消解程序如表2所示。

表2 微波消解程序

3.2 實(shí)際樣品的測(cè)定

按2實(shí)驗(yàn)方法，對(duì)表3所列2種色母粒樣品中鉛、砷、銅、鎘等元素的含量進(jìn)行了測(cè)定。結(jié)果如表3所示。

表3 色母粒樣品的測(cè)定結(jié)果(n=7) mg/kg

3.3 樣品加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)

分別取上述色母粒樣品作為本底，進(jìn)行各個(gè)元素加標(biāo)回收測(cè)定。其中，鉛元素加標(biāo)量為6.00 mg/kg，砷元素加標(biāo)量為1.00 mg/kg，銅元素的加標(biāo)量為50 mg/kg，鎘元素加標(biāo)量為2.00 mg/kg。測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 樣品加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)(n=7)

3.4 方法檢出限

在優(yōu)化的實(shí)驗(yàn)條件下，取樣品的試劑空白溶液，進(jìn)行11次平行測(cè)定，計(jì)算出各元素的檢出限，其結(jié)果如表5所示。

表5 方法檢出限 μg/kg

3.5 標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的分析

為了進(jìn)一步驗(yàn)證方法的準(zhǔn)確性及可靠性，分別于不同時(shí)間，取聚丙烯塑料標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)ERM EC680和ERM EC681，按照表2所示的微波消解程序進(jìn)行樣品前處理并進(jìn)行了測(cè)定。與其參考值相比較，符合性較好，且其重現(xiàn)性也較為滿(mǎn)意(見(jiàn)表6)。

表6 標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的分析(n=7)

［1］ 色母粒專(zhuān)題［J］．中國(guó)塑料，2008，22(10):100－103.

［2］ 王巖，韋璐，靳春林，等.塑料原料中有害重金屬鉛、鎘、汞的測(cè)定［J］．工程塑料應(yīng)用，2004，32(9):50－53.

［3］ 劉崇華，曾嘉欣，鐘志光，等.電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法測(cè)定塑料及其制品中鉛、汞、鉻、鎘、鋇、砷［J］．檢驗(yàn)檢疫科學(xué)，2007，17(4):32－35.

［4］ 李燕群.原子吸收光譜法在重金屬鉛鎘分析中的應(yīng)用［J］．冶金分析，2008，28(6):33－41.