微波消解ICP-AES法測定聚苯乙烯吸附樹脂中重金屬含量

黎 淼 唐麗嶸 計曉梅

桂林市環境監測中心站，廣西 桂林 541002

微波消解ICP-AES法測定聚苯乙烯吸附樹脂中重金屬含量

黎 淼 唐麗嶸 計曉梅

桂林市環境監測中心站，廣西 桂林 541002

通過優化分析條件，實驗研究了微波消解電感耦合等離子體發射光譜法測定聚苯乙烯吸附樹脂中的Fe、Mn、Zn、Pb、Cd、Cr六種重金屬的含量。方法的檢出限為0.0005～0.02mg/L之間，回收率在98.0 %～101.29%，RSD小于3.6%。該方法靈敏度高、重復性好，可實現對聚苯乙烯吸附樹脂中重金屬的含量快速準確地測定。

電感耦合等離子體發射光譜法；微波消解；聚苯乙烯吸附樹脂；重金屬

0 前言

聚苯乙烯吸附樹脂是通過苯乙烯為單體，加入一定量的交聯劑，通過懸浮聚合而制得[1]。目前，該類樹脂機械強度高，可以人為調節孔徑分布以及比表面，在適當的孔徑下有較高的比表面和恰好的極性，因此，聚苯乙烯吸附樹脂能吸附那些不易溶于水，卻能高度溶于甲醇、乙醇、丙酮等有機溶劑的帶極性的分子。而血液中毒物分子龐大，帶極性的親水基團較多，很容易為各種大孔樹脂所吸附[2]。因此，聚苯乙烯吸附樹脂在血液灌流醫療領域已得到了廣泛的應用。

但是，在臨床領域，治療過程中經常會出現產品凝血的現象，甚至有患者出現過敏等不適反應。目前，通過研究，有很多種因素可能會導致上述癥狀，其中，聚苯乙烯吸附樹脂中的重金屬含量高是其中因素之一[3]。因此，對聚苯乙烯吸附樹脂中的重金屬含量進行檢測分析就顯得很有必要。

與傳統的原子吸收法和分光光度法相比，ICP-AES法的準確度以及靈敏度均較高，能有效避免體系內基體元素的干擾，且能夠實現多種元素的同時測定。因此，在重金屬的監測分析領域，電感耦合等離子體發射光譜法已經成為國際上先進的檢測技術。而前處理技術主要是指在樣品分析之前，通過一定的預處理將基體復雜的樣品轉化成能夠滿足分析測試要求的樣品的一種手段。樹脂類樣品進行重金屬分析測試前，也需要通過相應的前處理手段將樣品中的重金屬充分的提取出來。樹脂類樣品的前處理一般采用索氏提取法或高溫灰化法，索氏提取法操作煩瑣，處理過程耗時較長，而高溫灰化法處理溫度較高，一般需達到500℃或者更高溫度，而且在馬弗爐中灰化容易造成密閉不嚴的情況，這樣就容易造成重金屬元素的揮發及損失，導致結果回收率低、精度和準確度較差，從而不能準確測定樹脂中重金屬的含量。而微波消解法是近年來出現的一種比較新穎的樣品前處理技術，相比傳統的前處理技術，微波消解大大縮短了處理時間，整個處理過程能夠在幾十分鐘之內完成，帶入的干擾也較少，添加組分僅僅是常見的幾種混酸，而且樣品的消解是在密閉容器中進行的，避免了重金屬元素的揮發以及損失，樣品在密閉容器中，更容易消解充分，因此，微波消解法作為一種先進的前處理手段，在重金屬分析檢測領域，已經越來越引起重視。

本文主要是采用微波消解ICP-AES法對未凈化加工的聚苯乙烯吸附樹脂進行檢測，通過定量檢測分析在樹脂合成過程中可能會引入樹脂內部的Fe、Mn、Zn、Pb、Cd、Cr六種重金屬組分，來考察聚苯乙烯吸附樹脂中的重金屬含量。

1 實驗部分

1．1 主要儀器

美國熱電公司 Icap 6000 series電感耦合等離子體發射光譜儀，美國CEM公司MARS6 classic多功能微波消解儀，中國上海博通化學科技有限公司09C20型智能控溫電加熱器。

1．2 主要試劑

鹽酸：優級純，廣州化工廠；

硝酸：優級純，廣州化工廠；

氫氟酸：優級純，廣州化工廠；

Fe、Mn標準溶液：均為1000mg/L，購于國家標準物質中心；

Zn、Pb、Cd、Cr標準溶液：均為1000mg/L，購于國家標準物質中心；

H2O：18MΩ以上去離子水；

氬氣：鋼瓶氣，純度99.999%國信氣體。

1．3 試劑的配制

1.3.1 100mg/L中間液的配置

分別將1000mg/L Fe、Mn標準溶液以及1000mg/L Zn、Pb、Cd、Cr標準溶液稀釋10倍，即得到100mg/L中間液，可用于后續標準曲線的配制。

1.3.2 配制標準溶液

分別取0.1、0.3、1、2、3mL的100mg/L中間液于100mL容量瓶中，使用1%的HNO3溶液定容，定容至接近容量瓶刻度時，換用裝有去離子水的洗瓶進行定容，最后，定容至刻度，即可得到0.1、0.3、1、2、3mg/L的標準溶液，將標準溶液轉移至聚乙烯瓶中，待用。

1．4 實驗方法

1.4.1 微波消解前處理

準確稱取聚苯乙烯吸附樹脂0.2g于消解罐中，加入2mL濃鹽酸、6mL濃硝酸，設定微波消解儀的程序，將消解罐放入微波消解儀中進行消解。消解過程中，不要走開，要注意觀察儀器內的消解罐是否有漏氣，并觀察微波消解儀的面板曲線，確認儀器內部溫度、壓力是否正常，避免在實驗過程中，出現爆罐的情況。消解結束后，將消解罐移入通風櫥中進行冷卻，冷卻至室溫后，將消解罐打開放氣，之后，在將消解罐轉移到控溫加熱器上進行趕酸，趕酸過程中要注意觀察，避免溶液出現干涸的情況，至溶液近干的時候，將消解罐取出，并冷卻至室溫，觀察消解是否充分，如果消解完全，則將消解液轉移到50mL容量瓶中，最后，用去離子水定容至刻度。

1.4.2 樣品測定

開機運行ICP-AES，并利用2.3.2配制的標準溶液建立標準曲線，測定2.4.1樣品處理的溶液，獲得樣品中被測重金屬的含量。

2 結果與討論

2．1 消解體系的選擇

在消解體系中，濃硝酸以及濃鹽酸的混酸體系試用于基體不太復雜的樣品。實驗首先選用逆王水的混酸體系即2mL濃鹽酸+6mL濃硝酸作為微波消解液，對聚苯乙烯吸附樹脂樣品進行前處理。消解后發現體系中有沉淀，溶液渾濁，說明消解不充分。考慮在消解體系中引入氫氟酸，氫氟酸能夠增加混酸體系的酸度以及氧化性，但氫氟酸的引入，可能會增加爆罐的風險，因此，氫氟酸的用量需要嚴格控制。本文采用逐漸加量的方式來引入氫氟酸，最后，通過實驗得出，加入2mL的氫氟酸就能夠將聚苯乙烯吸附樹脂消解完全，加入過量的氫氟酸雖然能夠增加消解效率，但增加了爆罐風險，因此，本文確定加入2mL氫氟酸。最后，本文確定的混合消解體系的組成為：6mL濃硝酸+2mL濃鹽酸+2mL氫氟酸。

2．2 元素分析線

ICP-AES具有同時測定多條分析譜線的特點，但是，在ICPAES法的分析過程中，譜線與譜線之間往往會出現干擾，而且，樣品的基體元素也容易導致分析譜線出現干擾甚至偏移的情況，因此，選取峰形合適、干擾小的元素分析線，在分析測試過程中就顯得尤為重要。文章選擇的元素分析線為：Fe：259.94nm; Mn：257.61nm; Zn：213.86nm; Pb：220.35nm; Cd：226.50nm; Cr：267.72nm。

2．3 方法檢出限

按照上述選定好的元素分析線，選用1%硝酸溶液作為空白平行測定11次，取空白溶液各重金屬的標準偏差的3倍濃度值為檢出限值。測得的檢出限如下：Fe：0.0045mg/L; Mn：0.0005mg/L; Zn：0.001mg/L; Pb：0.02mg/L; Cd：0.004mg/L; Cr：0.019mg/L。方法檢出限在0.0005～0.02mg/L之間。

2．4 樣品分析

按2.4.1樣品前處理方法，對同一檢測樣品平行處理8份，分別進行測定，計算其相對標準偏差，并在消解待測液中加入1mg/L的標準樣品，計算加標回收率，其分析結果見表1。

表1 重復性（n=8）及加標回收率

由表1可知，未凈化加工的聚苯乙烯吸附樹脂中殘留有Fe、Mn、Zn三種重金屬元素；測定方法的加標回收率為98.0 % ～101.29%；RSD均小于3.6%，方法的重現性較好；利用微波消解ICP法可實現對聚苯乙烯吸附樹脂中重金屬的含量快速準確地測定。

3 結論

文章采用微波消解ICP法測定聚苯乙烯吸附樹脂中的重金屬含量：

（1）未凈化加工的聚苯乙烯吸附樹脂中殘留有Fe、Mn、Zn三種重金屬元素；

（2）以6mL濃硝酸+2mL濃鹽酸+2mL氫氟酸作為消解體系的微波消解法處理樣品具有處理時間短、元素損失少、樣品消解充分等優點；

（3）優化條件后的ICP-AES分析方法能夠同時測定聚苯乙烯吸附樹脂中多種重金屬的含量。該方法檢出限為0.0005～0.02mg/L之間，回收率為98.0%～101.29%，相對標準偏差小于3.6%，方法靈敏度高、重復性好；

（4）利用微波消解ICP法可實現對聚苯乙烯吸附樹脂中重金屬的含量快速準確地測定。

[1]夏篤祎．離子交換樹脂[M]．北京：化學工業出版社，1983．

[2]錢庭寶，劉維琳，李金和．吸附樹脂及其應用[M]．北京：化學工業出版社，1990．

[3]王質剛．血液凈化學[M]．北京：北京科學技術出版社，1970．

黎淼（1987-），男，湖北天門，研究生，現從事環境監測方面的工作。