硫酸碳化-酸溶法消解ICP-AES測定纖維中的鋅微量元素

潘 艷，周學軍

（安徽工業大學 現代分析測試中心，安徽 馬鞍山243002）

0 前 言

隨著現代生活水平的提高，人們對于具有健康功能的纖維面料的追求越來越多。鋅元素是人體必需的一種微量元素，在纖維中加入鋅元素,對維護身體健康與皮膚清潔有顯著效果。含有鋅合成纖維的面料耐洗、易染色，并且能保證鋅元素的功能長久有效。除了具有呵護皮膚以及功效持久的特點外，該合成纖維還具有舒壓、理療、減輕皮膚瘙癢和過敏癥狀的效果。目前一些高品質的纖維材料加入納米氧化鋅既可以抗菌也可以抗紫外線。所以測定纖維中的鋅含量對于高品質的纖維生產工藝的改良至關重要。目前鋅元素的分析手段主要有X射線熒光光譜法[1]、原子吸收光譜法[2]、電感耦合等離子體光譜等[3]。X射線熒光光譜法前處理簡單，樣品無需消解，節省了時間，對環境無酸污染，但是對于微量元素的檢測靈敏度不夠；原子吸收光譜法儀器投入與運行成本低，靈敏度和精確度較好，但許多元素的測量需要加電離抑制劑和釋放劑；電感耦合等離子體光譜靈敏度高，精確度好，譜線簡單且測定線性范圍寬，基體干擾小。

纖維作為一類最難溶解的試樣，其試樣的消解主要有灰化法、酸溶法、微波消解法等，但是這些消解方法都有一定的局限性。灰化法溫度高使一些元素揮發，造成不可控制的損失；酸溶及微波消解對于難消解的樣品則無法使得樣品完全溶解。目前纖維中的鋅元素的測定尚未見報到，本文采用硫酸碳化-酸溶法消解樣品具有快速、高效，樣品溶解完全。測定結果完全能滿足分析要求。

1 實驗部分

1.1 儀器及工作條件

ICP-AES為日本島津公司生產的ICP-7510型光譜儀（可控溫電爐，富勒姆超純水系統），儀器工作參數如表1。

表1 ICP-AES工作參數

1.2 實驗試劑

硝酸（65%）為優級純，高氯酸為分析純。所用標準溶液鋅購于北京鋼研納克檢測技術有限公司，根據需要稀釋到合適濃度。

1.3 樣品前處理

1.3.1 樣品制備

將纖維剪碎，稱取0.1g樣品分別用微波消解及硫酸碳化-酸溶法兩種方法消解纖維。

1.微波消解：加入少許去離子水潤濕樣品，在通風櫥中，沿著消解罐壁加入2ml的過氧化氫，搖勻，對樣品進行預消解，并過夜。再向消解罐內緩慢加入10ml王水（v鹽酸：v硝酸=3：1），搖勻，使酸與樣品完全混合，蓋上內蓋，擰緊罐蓋，加上防爆膜，放入微波消解儀中，待一切準備完好，按照表2的壓力和時間運行。消解結束待徹底冷卻后取出消解罐，將消解好的溶液過濾定容至50ml容量瓶中，待測。

表2 微波消解儀壓力和消解時間

2.硫酸碳化-酸溶法消解：稱取0.1g纖維置于25ml燒杯中加入2ml濃硫酸進行低溫碳化。之后將燒杯放在電爐上加熱使纖維完全碳化，此時有大量的氣體冒出。試樣變成黑色殘碳，當煙冒盡，取下燒杯待冷卻至室溫后加入5ml水、5ml硝酸和1ml高氯酸于燒杯中，使用電爐加熱至樣品溶液變澄清，把樣品蒸干后加入2ml水和5ml硝酸加熱溶解后冷卻至室溫，定容測定。

2 結果與分析

2.1 樣品分解方法

纖維樣品分解技術大致可分成3種基本方式：灰化法、酸溶法、微波消解法。雖然灰化法對纖維樣品可以進行全分解并且簡單、快捷，但主要的缺點是會引起一些元素的揮發損失， 如As、Hg、Se、Cd、Pd、Zn等。為了組織分析物揮發，通常在灰化中加入硝酸鹽作為助灰化劑。分析物轉化為易溶的硝酸鹽，但是鹽類的增加使得背景增加檢出限變差。微波消解因其加熱快、溫度高、消解能力強、消耗酸少、污染少、空白值小和可避免揮發樣品的損失等優點，目前被廣泛使用，但是對于難消解的樣品其消解效果不如濕法消解好。本實驗中的纖維微波消解法消解不完全，纖維的消解此法會使測定結果誤差較大。所以選用硫酸碳化-酸溶法消解方法，在樣品中加入濃硫酸在電爐上加熱至纖維逐步裂解碳化，大量的煙冒出后，試樣變成黑色殘碳，當煙冒盡取下燒杯冷卻，加入5ml水、5ml硝酸和1ml高氯酸，開始消解溫度較低時硝酸起到主要的作用，隨著消解溫度的越來越高，高氯酸分解，產生的白色煙霧使殘碳完全消解，樣品溶液變得澄清，此法適用于纖維樣品的消解。

2.2 樣品分析

實驗中選擇鋅的3條分析線，考慮靈敏度及背景，其它元素的干擾等因素，依據實驗結果表明分析線213.8nm，靈敏度最高，分析結果干擾最小，檢測線最低。配置鋅的一系列標準溶液，使其把測定值包含在標準曲線內。質量濃度為橫坐標，儀器響應值為縱坐標，繪制標準曲線，標準曲線的回歸方程y=12.694x、相關系數0.99981、檢出限0.07841mg/L。基本能滿足痕量重金屬檢測要求。

2.3 實驗結果

取同一纖維樣品采用灰化法、濕法、微波消解方式處理樣品，用ICP-AES法測定結果如表3。

表3 不同消解方法的測定結果

結果表明，微波消解法的誤差最大，其主要原因是纖維樣品在微波中消解不完全；灰化法的誤差主要由于灰化溫度較高導致鋅元素的部分揮發；硫酸碳化-酸溶法測定符合標準值，主要由于樣品消解完全，消解過程無元素的損失，所以此法適用于纖維樣品中鋅的測定。

2.4 精密度與加標回收試驗

測定3組不同的纖維樣品，按照硫酸碳化-酸溶法消解法測定鋅含量，對鋅金屬元素進行加標回收實驗。試驗結果見表4，可知樣品回收率滿足質量控制的相關要求。

表4 精密度與加標回收試驗結果

3 結 語

通過低溫碳化，使纖維變成碳殘渣，在消解過程中加入適當的硝酸及高氯酸，隨著溫度的不斷升高充分發揮了硝酸及高氯酸的消解及氧化功能，優點比較明顯。

1.所有的纖維樣品完全溶解，使待測元素完全溶解在待測溶液中。

2.濕法消解溫度較灰化法要低，避免了鋅元素的揮發。

3.采用硫酸先碳化樣品，避免直接加入高氯酸可能爆炸的危險。

4.纖維中的重金屬元素的測定尚未見報到，硫酸碳化-酸溶法測定鋅元素的標準曲線線性好，檢測限低，回收率在質量控制范圍內，具有較高的精密度和準確度。

因此，該方法是一種良好的纖維中重金屬檢測方法。

[1]戴春嶺，齊望，張菲菲，等.X射線熒光光譜法快速檢測土壤中的重金屬元素[C].中國環境科學學會學術年會論文集，2011：1643-1646.

[2]宋龍波，趙龍剛，趙延偉，等.火焰原子吸收光譜法測定嬰幼兒奶粉中鐵、鋅元素含量[J].安徽農業科學,2012,33:16374-16376.

[3]郭健，楊博.ICP-OES法測定純鋁中鐵、錳、硅、銅、鎂、鈦、鋅元素含量[J].中國石油和化工標準與質量，2013，14：3-5.