ICP—AES測定紡織品中總鉛和總鎘含量中基體效應的研究

盧鴦

摘要

研究了基體效應對微波消解-電感耦合等離子體發射光譜法（ICP-AES）測定紡織品中總鉛和總鎘含量定量結果的影響。結果表明，采用ICP-AES法測定鉛和鎘含量時，“酸效應”是不可忽視的物理干擾因素，當配制的標準溶液系列和測試樣液存在酸濃度的差異時，樣液中鉛和鎘元素的測定結果存在偏差。保持標準曲線和分析溶液基體匹配，可有效地消除基體效應帶來的測定誤差。

關鍵詞：基體效應；酸效應；重金屬；等離子體發射光譜；紡織品

研究表明，重金屬鉛和鎘對人體健康具有一定的危害。鉛中毒主要表現為神經學缺陷、腎機能障礙和貧血；而鎘能引起腎臟的損傷和貧血，并導致肺疾病。在紡織印染加工中，鉛常用于印花織物所用顏料中的著色劑、催干劑、涂層織物中的穩定劑，而鎘常用作PVC涂層織物的穩定劑。考慮到嬰幼兒群體的特殊性，容易將服裝及其附件攝入口中，因此，國家強制性標準GB 31701—2015《嬰幼兒及兒童紡織產品安全技術規范》[1]中針對有涂層或印花的嬰幼兒紡織服裝產品，提出了鉛、鎘兩種重金屬的總量限制要求。

紡織品中總鉛和總鎘含量測定采用的前處理方法是微波消解法，采用濃硝酸進行消解，消解液用電感耦合等離子體發射光譜（ICP-AES）或原子吸收光譜法（AAS）進行測定[2]。電感耦合等離子體發射光譜法因其檢測快速、精度高等優點，被廣泛使用。

在日常檢測試驗中，我們發現，消解液中酸的濃度可導致電感耦合等離子體發射光譜測定中的基體效應，影響分析的準確度，即存在樣品溶液與標準溶液中酸濃度不匹配而影響分析精密度與準確度的“酸效應”[3]。因此，本文主要研究了用微波消解-電感耦合等離子體發射光譜法測定紡織品總鉛和總鎘含量中的基體效應，重點關注了選用不同基質標準溶液對實際樣品測定結果的影響，并提出了相應的解決辦法。

1 試驗部分

1.1 儀器與試劑

ICP 6500電感耦合等離子體發射光譜儀（美國賽默飛世爾公司）；Mars6微波消解儀（美國CEM公司）；氬氣：99.999 %；硝酸：優級純；Cd，Pb標準溶液（100 mg/mL，介質5 % HNO3）購自國家標準物質研究中心；試驗用水為Milli-Q Reference超純水機制備的超純水（25 ℃ 時電阻率為18.2 MW·cm）。

1.2 微波消解方法

準確稱取剪碎至5mm×5mm的紡織品試樣0.3g至微波消解罐中，加入10mL濃硝酸，室溫下放置10min后，將消解罐密閉并放置到微波消解儀中，按以下程序消解：5min升溫至150 ℃保持5min，升溫至180 ℃保持5min，升溫至220 ℃消解15min。消解結束后冷卻至室溫，將消解后的溶液轉移至25 mL容量瓶中，并用超純水分3次淋洗消解罐后定容。同時，用相同的試劑和操作過程制備空白樣品溶液和加標樣品溶液。

1.3 不同基體標準溶液的配制

分別移取5 mL Cd標準溶液（100 mg/mL）和10 mL Pb標準溶液（100 mg/mL）于同一50 mL容量瓶中，加入2.5 mL濃硝酸，定容，得到混合標準工作液母液（Cd：10 mg/mL， Pb：20 mg/mL）。按以下步驟配制得到不同基體的標準工作溶液：

基體1：移取一定體積的標準工作液母液，以超純水逐級稀釋至25 mL，得到系列標準工作液；

基體2：在制備得到的試劑空白液中，移入一定體積的標準工作液母液，定容至25 mL，得到系列標準工作液；

基體3：不含有鎘和鉛的棉、聚酯纖維、錦綸樣品，經1.2程序消解后，得到的消解液中，分別移入一定體積的標準工作液母液，定容至25 mL，得到系列標準工作液，記作基體3-A、基體3-B、基體3-C。

1.4 儀器工作條件

RF功率：1150 W；輔助氣流量：0.5 L/min；霧化器流量：0.7 L/min；冷卻氣流量：12L/min；分析泵速：100 rpm。檢測譜線波長226.5 nm（鎘）、220.3 nm（鉛）。

2 結果與討論

2.1 酸濃度對鎘和鉛響應值的影響

研究表明[3-5]，對于很多元素，含酸溶液的譜線強度低于水溶液樣品，隨著酸度的增加譜線強度顯著降低。為驗證酸濃度對鎘和鉛的響應值是否存在同樣影響，配制了一組酸濃度分別為0、5%、10%、20%、30%和40%的鎘和鉛標準溶液，在同一條件下進行測定，得到的響應值對應酸濃度變化情況見圖1。

圖1 不同酸濃度下鎘和鉛響應值的變化

如圖1所示，對于相同濃度的鎘和鉛標準溶液，隨著溶液中硝酸濃度的增加，鎘和鉛的響應值均呈現明顯的下降趨勢。因此可知，采用ICP法測定鉛和鎘含量時，“酸效應”是不可忽視的物理干擾因素，溶液的酸度將影響譜線強度。

2.2 不同基體的定量標準曲線及對自配標準溶液的測定比較

在同一儀器條件下，測定了采用不同基體配制的鎘與鉛系列標準工作溶液（見1.3），以光譜強度為縱坐標（y），元素濃度為橫坐標（x），繪制標準曲線，分別得到了所對應的標準曲線線性回歸方程及相關系數（R2）。

分別用純水和消解試劑空白液稀釋，配制得到兩組Cd和Pb濃度相同的標準溶液（Cd：0.02mg/mL，Pb：0.04mg/mL），儀器測定后分別用不同的標準曲線進行計算，結果見表1。

表1結果顯示，不同基體下的系列標準溶液在相應的濃度范圍內均有良好的線性關系，滿足樣品測定的要求。但比較各標準曲線的斜率值，可以發現，采用純水配制的標準溶液，其工作曲線的斜率值與通過消解后含有一定濃度酸的標準溶液的斜率值有一定差別，而對于采用不含紡織樣品的試劑空白液配制的標準溶液與采用棉、聚酯纖維、錦綸等紡織樣品的消解液配制的標準溶液得到的曲線斜率較為接近。

同時，從表1可以看出，使用不同基質的標準溶液得到的工作曲線對自配標準溶液的測定結果存在差異。當標準曲線與樣液的酸濃度不一致時，樣品的測定結果差異很大。而加入不同種類的紡織樣品與未加入紡織樣品得到的標準曲線計算結果相近。也就是說，不同基質的標準溶液對同一溶液測定結果存在的差異主要來源于酸濃度的不一致。因此，在實際檢測中，只有保持標準曲線與樣液基質基本匹配，才能有效消除“酸效應”帶來的影響。

3 結論

本文通過對比含不同酸度的相同濃度鎘和鉛標準溶液響應值變化情況得到，采用ICP法測定鉛和鎘含量時，“酸效應”是不可忽視的物理干擾因素，溶液的酸度將影響譜線強度。通過對比采用不同基體配制標準溶液得到的工作曲線測定同一樣液所得差異可知，當標準曲線與樣液的基質不匹配時，樣品的測定結果差異很大，在實際檢測中，只有保持標準曲線與樣液基質基本匹配，才能有效消除“酸效應”帶來的影響。

參考文獻：

[1] GB 31701—2015 嬰幼兒及兒童紡織產品安全技術規范[S].

[2] GB/T 30157—2013 紡織品 總鉛和總鎘含量的測定[S].

[3] 陶銳， 高舸. 電感耦合等離子體光發射光譜分析中無機酸基體效應研究（I）無機酸基體效應及其機理[J]. 理化檢驗-化學分冊， 2005， 41（1）： 67-71.

[4] 任蘭， 陸喜紅， 楊正標.不同標準溶液對ICP-OES法測定鋇定值樣品的影響[J]. 現代科學儀器， 2014， 6（3）：239-241.

[5] 高舸， 時煒， 陶銳. 電感耦合等離子體-光發射光譜分析中硝酸、高氯酸基體效應及抑制[J]. 中國衛生檢驗雜志， 2008， 18（2）： 193-196.

（作者單位：浙江省紡織測試研究院）