國產微波消解儀在檢測聚丙烯材料重金屬元素中的應用

來福*

(1.北京出入境檢驗檢疫局檢驗檢疫技術中心, 北京 100026；2.上海屹堯儀器科技發展有限公司，上海 201108)

國產微波消解儀在檢測聚丙烯材料重金屬元素中的應用

劉螢1尚士進1呂東陽1劉鑫1劉來福1*齊國光2金曉靜2

(1.北京出入境檢驗檢疫局檢驗檢疫技術中心, 北京 100026；2.上海屹堯儀器科技發展有限公司，上海 201108)

采用快速高效的微波消解前處理方法，結合電感耦合等離子體發射光譜對聚丙烯標準物質中鎘、鉻、鉛、汞等元素進行測定，結果表明，選用HNO3∶H2O2=5∶2的酸配比消解效果最好，所得各元素均在質控范圍內，回收率均在98%～100%之間，RSD(n=6)均在2.0%～3.7%之間。超高壓的微波前處理結合電感耦合等離子體發射光譜的方法，具有消解效果好，操作快速簡便等優點，能夠滿足聚丙烯等樣品的日常監測需求。

超高壓微波消解 ICP-OES 聚丙烯 重金屬

1 引言

塑料已經廣泛應用于工業、農業、國防以及人們生活的各個領域。為改善塑料的性能，在合成過程中不可避免地添加鎘、汞、鉛和鉻等有害重金屬。塑料中殘留的重金屬超過一定的限量，就會對人體和環境產生不良的影響。因此，有害重金屬的檢測成為化學實驗室檢測的項重要工作。

微波消解法是采用在密閉容器中微波加熱反應的一種方法。樣品可在高溫高壓條件下進行酸消解，具有偶然誤差小、稱樣量少、消解快速完全等特點，因而得到廣泛應用。采用微波消解法對聚丙烯進行處理，可以方便快速地實現聚丙烯樣品的完全消解，滿足檢測要求。

電感耦合等離子體發射光譜(ICP-OES)是20世紀80年代發展起來新的分析測試技術，具有檢測限低、線性范圍寬、干擾少、精密度高的特點，可進行多元素的同時快速分析，能適應復雜體系的痕量或超痕量元素分析，已在環保、冶金、地礦等領域得到了廣泛的應用。本實驗采用微波消解技術對樣品進行前處理，提高前處理的效率，并減少基體干擾，減少加入的酸的量，是一種環境友好的前處理方法。然后用ICP-OES儀對常量元素進行測定，建立了測定塑料中重金屬元素檢測的方法。

2 試劑與儀器

2.1 試劑

濃硝酸：優級純；過氧化氫：優級純；GBW(E)0801122/XRF-PP-M聚丙烯標準物質；實驗室用水均為超純水；鉻、鎘、汞、鉛等元素標液。

2.2 儀器

微波消解儀：TOPEX 10位，上海屹堯儀器科技發展有限公司；電感耦合等離子體發射光譜：NexION 350 Series，美國珀金埃爾默；分析天平；離心機；移液槍；玻璃容量瓶；實驗中所用玻璃器皿使用前均經20%硝酸浸泡24h后，超純水洗凈烘干備用。

3 實驗步驟

3.1 樣品處理

稱取樣品0.2g(精確至0.01g)樣品，置于100mL聚四氟乙烯的消解罐中，加入HNO3∶H2O2=5∶2，若反應劇烈需靜置待反應平穩后，裝配消解罐運行微波消解儀，運行結束后，冷卻至室溫，將消解液轉移至50mL容量瓶中定容，搖勻待測微波消解程序見表1。

表1 微波消解程序

3.2 儀器條件

本方法選擇的儀器工作條件為： 等離子氣10 L/min， 輔助氣0.2 L/min， 霧化器0.55 L/min，射頻功率1300 W，泵速1.5 mL/min。此工作條件下，儀器性能滿足實驗的要求。

3.3 標準工作曲線

用2%(體積分數，下同)硝酸將混合標準儲備液逐級稀釋后，配制成濃度為：0、0.5、1.0、5、10 μg/L的混合標準溶液系列，在優化的儀器條件下，通過蠕動泵采集空白、標準溶液，儀器自動繪制校準曲線(表2)。

表2 各元素線性方程

4 結果與討論

4.1 前處理方法選擇

測定聚丙烯中重金屬元素，傳統樣品制備技術一般用酸溶法。酸溶法有常壓混合酸消解法和微波消解法。常壓混合酸消解法通常是硝酸和高氯酸消解，為保證消解完全，通常要加兩次硝酸，因為是低溫消煮，消解時間比較長，酸用量大，酸中雜質引起基體和空白污染。由于是敞開式消煮，也易造成交叉污染，空白值高，酸氣對檢測人員和環境也有很大的危害。

微波消解是一種嶄新、高效的樣品溶解技術。樣品在密閉容器中通過微波加熱使樣品在較高壓力和溫度下在強酸和氧化劑作用下高效快速消解。它溶樣時間短，試劑用量少，空白值低，基本避免了樣品污染和元素損失，保證了測定的準確可靠，一次消解可以滿足多種元素的測定，克服了常規消化需分開處理的不足之處，也降低了勞動強度，是目前最理想并且成熟的樣品消解方法。

取聚丙烯國家標準物質，用常壓消解法和微波消解法進行樣品前處理對比并測定，結果見表3。表3比較了兩種消解方法酸用量、消煮時間及檢測國家有證標準物質的檢測結果，從檢測結果發現，樣品測定值均在允許誤差范圍內，但是考慮工作效率和對環境的污染情況兩個因素，實驗最終選擇微波消解法來處理聚丙烯。

表3 不同前處理方法對比

4.2 準確度及精密度實驗

選取GBW(E)0801122 聚丙烯標準物質，按照同樣的處理方法，使用相同的前處理設備及后續檢測儀器，每個樣品6個平行，結果如表4，從表4中我們可以看出，所測定的常量元素均在質控范圍內，該方法準確可靠。

表4 各元素測定結果

5 結論

本方法采用微波消解的前處理方法結合電感耦合等離子發射光譜對聚丙烯中重金屬元素進行分析，檢測結果表明，該方法測定標準物質均在范圍內，回收率符合要求，重現性高。

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[2]張盼盼,王苗,張銀鳳,郭丹丹,王洋. 微波消解/ICP-OES法測定土壤中銅元素含量[J].化學推進劑與高分子材料, 2015 , 13 (2)：91-93.

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Microwavedigestionindeterminationofheavymetalelementsinpolypropylenematerials.

LiuYing1,ShangShijin1,LüDongyang1,LiuXin1,LiuLaifu1*,QiGuoguang2，JinXiaojing2

(1.BeijingEntry-ExitInspectionandQuarantineBureau,Beijing100026China; 2.PreekemScientificInstrumentsCo.,Ltd.,201108Shanghai,China)

The contents of four elements (Cd, Cr, Pb, Hg) in the standard material polypropylene were determined by high-efficient microwave digestion followed by inductively coupled plasma atomic emission spectroscopy (ICP-AES). The result indicated that the optimal digestion condition was HNO3:H2O2=5:2. The detection data of four elements was all within the scope of the standard material. The spiked recovery was in the range from 98% to 100% with a relative standard deviation (RSD, n=6) of 2.0%-3.7%.This method was simple, rapid and effective and suitable for routine determination of polypropylene sampls.

ultra high pressure microwave digestion;ICP-AES; polypropylene; heavy metal elements

北京市科技計劃課題《國產分析儀器驗證與綜合評價市場化推廣研究與實踐》(Z161100003016006)資助。

10.3969/j.issn.1001-232x.2017.06.031

2017-10-04

劉螢，高級工程師，liuy@bjciq.gov.cn。