馬弗爐灰化法測定涂料中微量元素的研究*

姚海波，張先杰

(濱州學院化學工程系, 山東　濱州　256603)

?

馬弗爐灰化法測定涂料中微量元素的研究*

姚海波，張先杰

(濱州學院化學工程系, 山東濱州256603)

涂料中的有害物質特別是一些重金屬元素能夠造成空氣污染，并有可能直接或間接的影響人體健康，因此限制涂料中有害重金屬元素的含量非常重要。那么尋求準確、快速檢驗涂料中有害重金屬元素含量的方法具有重要的現實意義。本文通過馬弗爐高溫灰化法來處理樣品，然后通過原子吸收分光光度計來測定樣品中微量元素含量，實驗證明，該方法快捷簡單易于操作準確度高。

涂料；原子吸收分光光度法；微量元素測定

涂料是指用特定的施工方法涂覆到物體表面后，經固化在物體表面形成有一定強度而且美觀的連續性保護膜，或者形成具有某種特殊功能涂膜的一種精細化工產品。涂料可分為油性涂料和水性涂料兩類。它的應用十分廣泛，涉及國民經濟及日常生活的各個部門。涂料的功能主要有保護作用、裝飾作用、色彩標志以及特殊作用等[1]。

但在涂料的生產過程中，加入助劑的同時也會引入各種各樣的重金屬元素，如鉛、汞，鉻等，重金屬元素超過一定的標準就會對人們的生產生活造成很大的危害。隨著生產的發展，人們對涂料的數量和質量提出了更高的要求，迫切要求生產出品種多、顏色新穎、價格低廉、無毒無味、零VOC(零揮發性有機化合物樹脂)[2]、干燥快、施工簡便、堅固耐久等特點的涂料，這就促使涂料工業向著節省能源、減少污染的方向發展。因此，建立一種快速準確的測定涂料中微量元素的方法很有必要。

目前，常用的測定金屬含量的方法有電感耦合等離子體原子發射光譜法、原子熒光光譜法、紫外可見分光光度法、質譜法和原子吸收分光光度法等。其中，原子吸收光譜法因具有操作簡單、快速、選擇性好、干擾少、成本低且檢出限低、精密度好、準確度高等特點而在微量元素分析中得到了廣泛應用[3]。所以本實驗在對涂料進行多種方法的預處理之后，用原子吸收分光光度計，采用標準曲線法，對其中多種元素的含量進行準確測定，并將多種預處理方法所測數據進行比較，得出涂料中各種微量元素的準確含量，并與國家標準中所規定的數值進行比較，以確定該涂料是否符合國家標準，因此，在準確、快速檢驗涂料中有害重金屬元素含量方面具有重要的現實意義。

1　實　驗

1.1儀器與試劑

市售涂料；濃硝酸(AR)；濃鹽酸(AR)；Pb、Cr、Cd、Hg標準溶液(0.1mg·mL-1)，天津市福晨化學試劑廠；去離子水；PHS-3D型酸度計，上海精科雷磁；TAS-986型火焰原子吸收分光光度計，北京瑞利儀器有限公司。

1.2實驗方法

將樣品攪拌均勻后，在玻璃板(經硝酸:水=1:1的溶液中浸泡24h清洗并干燥)上制備涂膜，待完全干燥后取樣用料理機將其粉碎。

準確稱取5g(精確到0.0001g)涂料樣品放入瓷坩堝中，置于通風櫥內的電爐上炭化，待無煙產生后轉至馬弗爐中，在一定溫度下灼燒一定時間(至樣品白色或灰白色)，取出后冷卻，滴加適量1:1的鹽酸將其溶解，用蒸餾水定容到100mL容量瓶中待測；同時做試劑空白試驗。每個樣品平行處理5份。

2　結果與討論

2.1灰化工藝條件的確定

馬弗爐高溫灰化法作為一種經典的涂料預處理方法，在涂料預處理中的應用很廣泛。其原理是將涂料樣品蒸發至干后，在一定溫度下灰化，使樣品中含有的有機物分解揮發，僅留下礦物質灰分。干法灰化需要掌握好灼燒時間和灰化溫度，最佳灼燒時間和灰化溫度是防止元素揮發損失和確保樣品灰化完全的關鍵條件。時間過短樣品分解不完全，回收率低；時間過長則導致易揮發元素的損失。

2.1.1灰化溫度對吸光度的影響

在灰化溫度為400 ℃、450 ℃、500 ℃、550 ℃、600 ℃，灼燒時間為4h的情況下處理樣品，上機測定元素的吸光度(以鉛元素為例)，確定最佳的灰化溫度。

用空氣-乙炔型火焰進行測量，各元素的儀器工作條件見表1。

表1　儀器工作條件Table 1　Working conditions of atomic absorption spectrophotometer

圖1　灰化溫度對吸光度的影響

由圖1可見，隨著灰化溫度的增加，元素的吸光度先增大，當溫度增加到500 ℃時，繼續增加溫度，元素的吸光度出現波動。這是因為隨著灰化溫度的升高，涂料中的易揮發元素會揮發，導致吸光度降低。所以當灰化溫度增大到500 ℃時，各元素已基本全部溶出，繼續增加灰化溫度，對吸光度影響不大。

2.1.2灼燒時間對吸光度的影響

在灰化溫度為500 ℃，灼燒時間為3h、3.5h、4h、4.5h、5h的條件下對涂料進行灰化處理，上機測定元素的吸光度(以鉛元素為例)，確定最佳灼燒時間。

圖2　灼燒時間對吸光度的影響

由圖2可見，隨著灼燒時間的增加，元素的吸光度先增大，當時間增加到4h時，繼續增加時間，元素的吸光度出現波動。這說明在4h時，消化效果已達到最佳，再延長灼燒時間對各元素的提取率無顯著影響。

2.2繪制各元素標準溶液的標準曲線

2.2.1Pb標準曲線的配制

用移液管分別準確吸取0.1mg·mL-1的Pb標準溶液5mL、10mL、15mL、20mL、25mL于100容量瓶中，用蒸餾水稀釋定容至刻度。其濃度分別為5mg·L-1、10mg·L-1、15mg·L-1、20mg·L-1、25mg·L-1。

圖3　Pb元素的標準曲線圖

2.2.2Hg標準曲線的配制

圖4　Hg元素的標準曲線圖

用移液管分別準確吸取0.1mg·mL-1的Cr標準溶液5mL、10mL、15mL、20mL、25mL于100容量瓶中，用蒸餾水稀釋定容至刻度。其濃度分別為5mg·L-1、10mg·L-1、15mg·L-1、20mg·L-1、25mg·L-1。

2.2.3Cd標準曲線的配制

用移液管分別準確吸取0.1mg·mL-1的Cd標準溶液0.4mL、0.8mL、1.2mL、1.6mL、2.0mL于100容量瓶中，用蒸餾水稀釋定容至刻度。其濃度分別為0.4mg·L-1、0.8mg·L-1、1.2mg·L-1、1.6mg·L-1、2.0mg·L-1。

圖5　Cd元素的標準曲線圖

2.2.4Cr標準曲線的配制

用移液管分別準確吸取0.1mg·mL-1的Hg標準溶液 5mL、10mL、15mL、20mL、25mL于100容量瓶中，用蒸餾水稀釋定容至刻度。其濃度分別為5mg·L-1、10mg·L-1、15mg·L-1、20mg·L-1、25mg·L-1。

圖6　Cr元素的標準曲線圖

2.3在最佳工藝參數條件下處理樣品及測定結果

通過以上對各工藝參數的研究，得出了最佳的工藝條件，即灰化溫度為500 ℃，灼燒時間為4h。在這個工藝條件下對涂料進行預處理，測得各元素的含量、相對標準偏差、檢出限以及加標回收率，結果見表2。

表2　樣品的測定結果Table 2　Sample test results

從原子吸收分光光度計計中讀出的元素的含量單位為mg·L-1，不符合日常的生活習慣，所以將其換算為mg·kg-1，公式為:

換算結果為：Pb含量29.8072mg·kg-1，Hg含量172.7415mg·kg-1，Cd含量3.0611mg·kg-1，Cr含量176.2399mg·kg-1。

各種微量元素的含量在國標(GB18582-2001)中均有規定[4]，其具體數值見表3。而當元素的含量超過這一標準時，就表明這一涂料不合格，并且會對人們的身體造成很大的危害。

表3　各元素含量的國標值Table 3　Each element content in national standard

3　結　論

(1)在灰化溫度為500 ℃，灼燒時間為4h的情況下，各個元素的相對標準偏差均在1%左右，檢出限均小于0.02mg·L-1，回收率在98.00%～104.00%之間，其結果符合測定要求。

(2)馬弗爐高溫灰化法對所處理樣品大小無限制，不需經常監視，簡單，但是樣品消化時間長，揮發性金屬會損失，且回收率比較低(如鉛、鎘等)。

(3)該涂料樣品中汞和鉻的含量均超過國標值，含量均超過100mg·kg-1，所以使用起來會對人體造成危害；鎘和鉛的含量較低，均低于30mg·kg-1，特別是鎘含量的僅為3mg·kg-1左右，符合標準。

[1]馬榴強.精細化工工藝學[M].北京:化學工業出版社,2008:156-157.

[2]FNJones.Outlookforaero-VOCresins[J].JournalofCoatingsTechnology,2001,73(916): 63-71.

[3]雷宏田,郝艷紅.用火焰原子吸收光譜法測定切削液中的鉛,鎘,鉻[J].汽車工藝與材料,2011(2):72-74.

[4]GB18582-2001.室內裝飾裝修材料溶劑型木器涂料中有害物質限量[S].北京:中國標準出版社,2002.

Determination of Trace Elements in the Coatings by MuffleFurnacesAshingMethod*

YAO Hai-bo, ZHANG Xian-jie

(Department of Chemical Engineering, Binzhou University, Shandong Binzhou 256603, China)

Coatingsarecloselyrelatedtopeople’slife,harmfulsubstancesincoatingsespeciallysomeheavymetalelementscanpolluteair,andthatmayaffecthumanhealthdirectlyorindirectly.Thereforeitisveryimportanttolimitthecontentofharmfulheavymetalincoatings.Mufflefurnacehightemperatureashingmethodretreatmentmethodstodealwiththepaintwereusedintheexperimentandthenmeasuredbyatomicabsorptionspectrophotometrytoelementscontent,Experimentsshowedthatthisschemecanbeusedasoneofthewaystodeterminationoftraceelementsinthecoatings.

coatings;atomicabsorptionspectrophotometry;traceelementdetermination

濱州學院科研基金項目(BZXYG1417)。

姚海波，實驗師，主要從事化學材料研究。

O657

B

1001-9677(2016)013-0113-03