微波消解-電感耦合等離子體原子發射光譜(ICP-AES)法測定ABS塑料中Pb、Cd、Hg

孫國娟 孫海霞

(1 安徽國家銅鉛鋅及制品質量監督檢驗中心，安徽 銅陵 244000；>2 安徽三聯學院 計算機工程學院，合肥 230601)

引言

隨著全球電子電器行業的發展，在給人類帶來方便的同時，也給全球的生態環境帶來了巨大影響。歐盟明確規定了電子電氣產品中鉛(Pb)、汞(Hg)、鎘(Cd)、六價鉻(Cr)、多溴聯苯(PBB)、多溴二苯醚(PBDE)的限量要求。但國家標準[1]給出的測定方法與操作步驟不明確，不利于按標準實施，因此，尋找快速高效的測定方法有著重要的指導和實踐意義。近年來，人們在利用電感耦合等離子體原子發射光譜(ICP-AES)法測定電子電氣聚合物中鉛、鎘、汞方面有了多種探索[2-8]。但是這些方法對ABS這類具有較高剛性及抗腐蝕性的塑料消解效果不好，出現消解速度慢、消解不完全和回收率低等問題。本文以ABS塑料為研究對象，優化消解體系、消解溫度以實現對ABS的完全消解，獲取好的實驗效果。

1 實驗部分

1.1 儀器及工作條件

Thermo公司ICAP6300等離子體發射光譜儀，采用蠕動泵進樣，輔助氣流量0.5 L/min，霧化氣流量0.7 L/min，RF功率1 150 W，泵速50 r/min。

1.2 試劑及標準溶液

鉛、鎘、汞標準儲備溶液(1 000 μg/mL，國家有色金屬及電子材料分析測試中心)。

硝酸、氫氟酸、雙氧水、高氯酸為分析純或優級純。

分析用水為去離子水。

1.3 樣品制備

用電鋸、研磨機、低溫破碎機等設備將樣品研磨成粒徑不超過0.5 mm的粉末樣。

1.4 樣品處理

稱取樣品0.2 g(精確至0.000 1 g),分別置于聚四氟乙烯微波消解罐中，加入7 mL HNO3、0.2 mL H2O2、0.5 mL HF、1 mL HClO4,待反應平靜后，將容器封閉，并按照表1升溫程序進行微波消解。容器冷卻至室溫后，打開容器，如果溶液不清亮或有沉淀產生，用0.45 μm的過濾膜過濾，殘留的固態物質用15 mL HNO3(5%)沖洗4次，所得溶液全部合并轉移至100 mL容量瓶中。

1.5 標準曲線的繪制

以Pb、Cd、Hg標準儲備溶液配制成0、0.05、0.10、0.20、0.50、1.00 μg/mL的系列標準溶液，介質為HNO3(5%)。

表1 微波消解升溫程序Table1 Microwave digestion procedure

2 結果與討論

2.1 溶樣酸體系及用量的選擇

微波消解常用的酸體系HNO3+H2O2對很多塑料(PP、PE)都有很好的消解作用，但由于很多工程塑料會加入玻璃纖維或TiO2等填料，以達到改善性能或降低成本的目的，導致HNO3+H2O2消解ABS塑料較困難。實驗發現HClO4的引入有助于塑料的消解，而HF的引入，則更好地解決了填料的消解問題。表2給出了不同酸體系下，微波消解對ABS的消解效果。

表2 不同酸體系下ABS的微波消解效果Table 2 Microwave digestion effect on ABS in different acid systems

在同等條件下，分別加入0.5、1.0、1.5 mL HClO4消解ABS樣品，經過實驗發現，隨著HClO4用量的增加，消解后殘渣越來越少，直至消解完全，然而，過高的HClO4用量容易導致消解罐內壓力過高，基于安全考慮，HClO4用量不宜超過整個酸消解體系的20%，因此選擇加入1.0 mL HClO4。

由于ABS塑料中經常添加玻璃纖維作為填料，故溶解過程中常加入HF。在同等條件下，分別加入0.2、0.5、1.0 mL HF消解樣品，0.5 mL HF既能滿足完全消解的要求，又對儀器損害最小。

在同等條件下，分別加入0.2、0.5、1.0 mL H2O2消解ABS樣品，經過實驗發現，隨著H2O2的加入對消解有幫助，但效果區別不大，過高的H2O2用量容易導致消解罐內壓力過高，因此選擇加入0.2 mL H2O2。

整個體系中酸的用量一般在6～10 mL較適宜，因HNO3的沸點比水的沸點高，較高的沸點有利于塑料樣品的消解，因此，實驗選用7 mL HNO3+0.2 mL H2O2+0.5 mL HF+1 mL HClO4來消解ABS塑料樣品。

2.2 消解溫度和恒溫時間的選擇

在同等條件下，分別將消解溫度設在190、200、205、210 ℃,對ABS進行消解。實驗發現，更高的溫度有利于樣品的消解，205 ℃時溶液清亮，消解較完全。故實驗選擇消解溫度為205 ℃。

在同等條件下，將恒溫時間分別設為20、30、40、50 min來消解ABS樣品，實驗發現，消解40 min以上溶液清亮，消解完全。故實驗選擇恒溫時間為40 min。

2.3 儀器分析譜線的選擇

塑料類樣品光譜干擾小，采用ICP-AES法測定時一般可選擇元素的最靈敏線，但有些樣品因加入了某些填料，導致Pb 220.3 nm處可能會有一些光譜干擾，但次靈敏線Pb 182.2 nm處無干擾。因此，實驗中Cd、Hg選擇其靈敏線Cd 214.4 nm、Hg 194.2 nm,Pb選擇次靈敏線Pb 182.2 nm作為分析譜線。

2.4 精密度實驗

對一個ABS樣品進行11次測定，測定結果和相對標準偏差如表3所示。

Pb、Cd、Hg測定的相對標準偏差均小于3%，滿足測定方法的要求。

表3 精密度實驗Table 3 The testing of precision(n=11) /(mg·kg-1)

注：1)單位為%，下同。

2.5 加標回收實驗

稱取上述ABS樣品3份，加入0.2 mL Pb、Cd、Hg標準溶液(100 μg/mL)，按分析步驟進行測定，計算方法的加標回收率，如表4所示。

表4 回收率實驗Table 4 The testing of recovery (n=3) /(mg·kg-1)

實驗表明，Pb、Cd、Hg加標回收率均在95.0%～105%。

3 結論

實驗采用微波消解法對樣品進行前處理，運用ICP-AES法測定ABS中Pb、Cd、Hg，在縮短樣品前處理時間的同時得到較高的元素消解回收率和較為理想的精密度，適用于ABS塑料中重金屬含量的快速測定。