微波消解-原子吸收光譜法測定兒童牙刷刷毛中重金屬元素的含量

鄖海麗,任 蕾,雷 霓,高巖磊

(1.石家莊學院 化工學院,石家莊 050035; 2.河北省建陶工程技術研究中心,石家莊 050035)

重金屬元素對人體的新陳代謝有嚴重的危害作用[1],影響人體的正常生理過程,尤其是在兒童成長發育階段,攝入過量的重金屬元素會影響兒童的智力和身體發育[2],降低兒童的免疫力,因此人們對兒童用品中重金屬元素的含量越來越重視。兒童牙刷是兒童重要的生活用品,刷毛中通常含有鉻、鎘、鉛、銅、鐵等重金屬元素,因此建立一種準確測定兒童牙刷刷毛中重金屬元素含量的方法具有重要意義[3]。

目前,測定重金屬元素含量的方法主要有滴定法、原子吸收光譜法、X射線熒光光譜法、電感耦合等離子體光譜法等[4-7]。其中,滴定法對儀器要求不高、操作簡便,但存在滴定終點難以界定、部分元素不適宜用滴定分析等缺點;X射線熒光光譜法重現性好、分析快速、靈敏度高,但在測定過程中容易受到其他元素的干擾;電感耦合等離子體光譜法可對多種元素同時測定,穩定性好、精密度高,但儀器昂貴,檢測成本高;原子吸收光譜法具有靈敏度高、成本低等優點,是目前測定重金屬元素含量較成熟的方法,在重金屬元素分析中得到了廣泛的應用。本工作以硝酸和硫酸的混合液對兒童牙刷刷毛進行微波消解,采用原子吸收光譜法測定其中鎘、鉻、鉛、銅等4種重金屬元素的含量。

1 試驗部分

1.1 儀器與試劑

ZEEnit 700P型原子吸收光譜儀;YW-Ⅱ型遠紅外電熱干燥箱;MD6C-6H型微波樣品處理系統;FA2204B型電子天平。

鎘、鉻、鉛、銅單標準儲備溶液:1 g·L－1。

鎘、鉻混合標準溶液系列:移取適量的鎘、鉻單標準儲備溶液,用1%(體積分數,下同)硝酸溶液逐級稀釋,配制成鎘、鉻質量濃度均為0,0.2,0.4,0.6,0.8,1.0 mg·L－1的鎘、鉻混合標準溶液系列。

鉛、銅混合標準溶液系列:移取適量的鉛、銅單標準儲備溶液,用1%硝酸溶液逐級稀釋,配制成鉛、銅質量濃度均為0,1.0,2.0,3.0,4.0,5.0 mg·L－1的鉛、銅混合標準溶液系列。

硝酸、硫酸均為分析純;試驗用水為去離子水。

1.2 儀器工作條件

1.2.1 微波消解程序

微波消解程序見表1。

表1 微波消解程序Tab.1 Microwave digestion program

1.2.2 原子吸收光譜儀

原子吸收光譜儀的工作條件見表2。當測定鉻元素時,在乙炔-空氣中加入0.5%(質量分數)氯化銨,以消除刷毛中鐵元素雜質的干擾,提高儀器的穩定性[8]。

表2 儀器工作參數Tab.2 Working parameters of the instrument

1.3 試驗方法

用剪刀將兒童牙刷刷毛剪成細碎的小顆粒,置于遠紅外電熱干燥箱中干燥至恒重。稱取處理后的刷毛樣品0.500 0 g于聚四氟乙烯消解罐中,加入1 mL硝酸和4 mL硫酸,搖勻,按照微波消解程序進行消解。消解結束后,取出消解罐,冷卻,將消解液轉移至50 mL容量瓶中,用2%(體積分數)硝酸溶液定容至刻度,按照儀器工作條件進行測定。隨同做空白試驗。

2 結果與討論

2.1 消解方法的優化

在原子吸收光譜法測定過程中,通常要先將樣品進行消解。消解方法主要有微波消解法、電熱消解法、干法消解法等[9-10]。試驗考察了上述3種消解方法對樣品測定結果的影響。結果顯示:采用干法消解法處理樣品時,消解時間較長,并且測定值偏低;采用電熱消解法處理樣品時,硝酸和硫酸揮發嚴重,易產生暴沸現象;采用微波消解法時,樣品受熱均勻,可完全消解,并且損失少。因此,試驗選擇的消解方法為微波消解法。

2.2 酸體系的優化

試驗考察了不同酸體系(硝酸、鹽酸、硝酸-硫酸、硝酸-高氯酸)[11-14]對樣品消解情況的影響。結果表明:單獨使用硝酸時,消解后的樣品溶液中存在較多的顆粒,樣品消解不完全;單獨使用鹽酸時,消解過程中會產生較多白煙,樣品的消解效果較差;使用硝酸-硫酸體系和硝酸-高氯酸體系時,消解后的樣品溶液中未見不溶顆粒物,消解效果較好,但使用硝酸-高氯酸時,操作不當容易引發危險。因此,試驗選擇的酸體系為硝酸-硫酸體系。

2.3 儀器工作條件的優化

元素燈的強度與其工作電流有關,工作電流過低,會導致光強度較弱,信號強度不穩定,信噪比下降;工作電流過高,會導致譜線變寬,元素燈陰極放電異常,光強度不穩定,減少燈的使用壽命。因此,采用原子吸收光譜法測定重金屬元素含量時,需要根據測定元素的不同來選擇合適的燈工作電流[15],并進一步優化各元素的狹縫寬度。優化后的儀器工作條件見表1。

2.4 標準曲線和檢出限

按照 儀 器 工 作 條 件 對 0,0.2,0.4,0.6,0.8,1.0 mg·L－1的鎘、鉻混合標準溶液系列和0,1.0,2.0,3.0,4.0,5.0 mg·L－1的鉛、銅混合標準溶液系列進行測定。以各元素的質量濃度為橫坐標,其對應的信號強度為縱坐標繪制標準曲線。結果表明,鎘、鉻標準曲線的線性范圍在1.0 mg·L－1以內,鉛、銅標準曲線的線性范圍在5.0 mg·L－1以內,線性參數見表3。

按照儀器工作條件對空白溶液連續測定11次,計算測定值的標準偏差(s),以3倍標準偏差計算鎘、鉻、鉛、銅的檢出限(3s),結果見表3。

表3 線性參數和檢出限Tab.3 Linearity parameters and detection limits

2.5 精密度試驗

按照儀器工作條件對0.6 mg·L－1的鉻標準溶液、0.6 mg·L－1的鎘標準溶液、3.0 mg·L－1的鉛標準溶液、3.0 mg·L－1的銅標準溶液連續測定6次,鉻、鎘、鉛、銅測定值的相對標準偏差(RSD)依次 為 0.95%,1.5%,1.7%,0.52% 。

2.6 回收試驗

按照試驗方法對實際兒童牙刷刷毛樣品中的鉻、鎘、鉛、銅分別進行3個濃度水平的加標回收試驗,計算回收率,結果見表4。

2.7 樣品分析

按照試驗方法對市售的兒童牙刷刷毛中鉻、鎘、鉛、銅進行測定。結果顯示,該兒童牙刷刷毛中鉻、鎘、鉛、銅的測定值依次為 14.86,8.26,14.08,14.08μg·g－1,結果符合國家標準 GB/T 19342－2013《牙刷》的要求。

本工作選用硝酸-硫酸體系微波消解兒童牙刷刷毛樣品,采用原子吸收光譜法測定其中鉻、鎘、鉛、銅等4種重金屬元素的含量,該方法操作簡便,結果準確度高,可用于兒童牙刷刷毛中重金屬元素含量的測定。