研究紡織品重金屬檢測的新消解條件

文/李應培

1 試驗

1.1 儀器與試劑

儀器：微波消解儀[控制模式：溫控模式（控制溫度，壓力隨溫度變化而變化）；罐體最大承受壓力：4MPa；升溫曲線：自定義；消解功率：參考《微波消解-應用方法匯編》]、原子吸收分光光度計。

試劑：硝酸、鹽酸、氟硼酸、過氧化氫均為分析純，試驗用水為二級水。

1.2 消解用酸介紹

硝酸：硝酸是消解中使用最廣泛的消解用酸，常壓下沸點為120℃，在0.5MPa下溫度可達到176℃，氧化性強，常用于消解易溶于硝酸的金屬元素和化合物。

鹽酸：鹽酸通常和硝酸聯合使用，常壓沸點為108℃，在0.7MPa下溫度達140℃。鹽酸不屬于氧化劑，通常不用來消解有機物。

過氧化氫：俗稱雙氧水，沸點106.8℃，過氧化氫的氧化能力隨介質酸度的增加而增加，過氧化氫分解產生的高能態活性氧對有機物質的破壞特別有利。使用時一般先加硝酸預處理后再加入過氧化氫。過氧化氫必須與其他酸混合使用，以便徹底破壞有機物質。

氫氟酸：氫氟酸對于消解的作用十分顯著，但因為其劇毒、腐蝕性強等性質，對使用人員的危險性極高，所以不建議使用，本文也不作考慮。

濃硫酸：濃硫酸不適宜溶解鉛為主的試樣，鉛是紡織品中需要檢測的一個重要元素，而且濃硫酸達到一定溫度時能溶解消解罐（聚四氯乙烯），所以本文也不作考慮。

氟硼酸：氟硼酸常壓沸點為130℃，在密閉容器中不需要高壓就能獲得比氫氟酸更高的溫度，特別適宜消解那需要分解硅酸鹽和需高溫條件的含有無機基體的樣品。

2 常見纖維消解情況對比與歸納

2.1 棉

棉主要組成物質是纖維素，纖維素是天然高分子化合物，正常成熟的棉纖維素含量約為94%，此外含有少量多縮戊糖、蠟質、蛋白質、脂肪、水溶性物質、灰分等伴生物。棉布對無機酸極不穩定，所以用硝酸能輕易進行消解。消解方向偏向于升高溫度及提高硝酸用量。表1是通過提高硝酸使用量和提高消解溫度，觀察樣品是否消解完全。

由此可得，加入8mL濃硝酸，并使消解溫度達到185℃，罐體最大壓力只有1.2MPa，能在較安全的罐壓下消解完全，得到澄清溶液。

2.2 滌綸

滌綸基本組成物質是聚對苯二甲酸乙二酯，所以滌綸也稱為聚酯纖維，而聚對苯二甲酸乙二醇酯由精對苯二甲酸或對苯二甲酸二甲酯和乙二醇為原料，經酯化或酯交換和縮聚反應制成纖高聚物，經紡絲和后處理制成纖維。滌綸的強度高、彈性好、耐熱耐腐蝕，所以只用硝酸較難使纖維完全溶解。表2是通過組成不同的酸體系，提高消解溫度和消解時間，觀察在什么條件下能把樣品消解完全。

觀察表2可得，在使用硝酸-過氧化氫體系進行消解時，溶液不泛黃，但依然含有大量顆粒；而硝酸-鹽酸體系消解，消解情況無明顯變化，消解不完全。而使用硝酸-氟硼酸體系消解，溶液中大顆粒沉淀物明顯減少，溶液顯渾濁，所以酸體系使用硝酸-氟硼酸效果較好。在使用硝酸-氟硼酸的酸體系進行消解，隨著提高消解溫度和消解時間，消解效果越來越好，但升到225℃時，罐體壓力已經達到2.4MPa，罐體所能承受的最高壓力只有4MPa，所以嘗試二次消解，觀察消解情況。

上述在一次消解之后，罐體在130℃的加熱板上，敞口揮發趕酸30min，然后再進行二次消解，得出的消解效果令人滿意，結果見表3。

2.3 錦綸

錦綸是合成纖維nylon的中國名稱，全稱“聚酰胺纖維”，翻譯名稱又叫“耐綸”“尼龍”，錦綸吸濕性和染色性都比滌綸好，耐堿不耐酸，所以使用一定量的酸，同時提升一定的溫度，探究消解錦綸的較優條件。

由表4可得，在使用硝酸-過氧化氫體系進行消解時，溶液不泛黃，但依然含有較多沉淀物；而硝酸-鹽酸體系消解，消解情況有所好轉，但依然消解不完全。而使用硝酸-氟硼酸體系消解，溶液中沉淀物明顯減少，溶液顯渾濁，所以酸體系使用硝酸-氟硼酸效果較好。

由此可得，加入7mL濃硝酸和1mL氟硼酸，并使消解溫度達到205℃，保溫10min，罐體最大壓力只有1.8MPa，能在較安全的罐壓下消解完全，得到澄清溶液。

2.4 膠漿類印花

膠漿類印花是通過分色套印的方法，將色漿印在布上，主要成分是丙烯酸酯、聚氨酯。這兩種材料都是高分子材料，這類材料耐磨性能好，粘接性能好，在印花領域上使用十分廣泛，但是難以消解，因此在消解時考慮降低消解質量。下面消解過程均稱取0.1g的消解質量，消解用酸也使用消解效果較好的氟硼酸。

通過表5和表6可以看出，消解丙烯酸酯和聚氨酯這兩種物質需要較高的溫度，而且涂層厚度越厚，消解難度越大，較薄的膠漿印花能在上述條件消解完全，但樣品質量不能太大，0.1g的樣品能消解完全。

表1 硝酸使用量和消解溫度對消解的影響

表2 不同酸體系下提高消解溫度和消解時間對消解的影響

表3 進行二次消解的情況

表4 酸體系和溫度對錦綸消解的影響

表5 升高溫度觀察消解情況

表6 0.1g消解質量下觀察升高溫度對消解的影響

3 結論

本文只列舉一部分常見的成分做消解條件分析。消解的目的是得到無雜質殘留的澄清透明溶液，若消解不完全，會對測試結果產生較大影響。消解時必須注意的是消解壓力不能超過微波消解儀和消解罐的最大承受壓力，否則會出現泄漏甚至爆罐的危險，危害試驗員人身安全。本文列舉棉、滌綸、錦綸以及膠漿類印花的消解方法可供參考，其他成分可按天然纖維和合成纖維區分，參考上述消解過程，適當時可以改變酸體系、增加酸用量、升溫程序或保溫時間，以達到消解完全、得到澄清消解液的效果。