羽毛羽絨微波消解方法的研究

蒙冉菊

(嘉興職業技術學院紡織與藝術設計分院，浙江 嘉興 314036)

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羽毛羽絨微波消解方法的研究

蒙冉菊

(嘉興職業技術學院紡織與藝術設計分院，浙江 嘉興 314036)

運用微波消解技術對羽毛羽絨樣品消解，探究了消解試劑的種類和比例，樣品粉碎的程度，消解前放置的時間，消解時間、消解功率和壓力等微波消解的工藝條件。綜合節省資源、減小污染、提高效率以及消解效果良好的要求，可確立較佳的消解工藝。結果表明：將羽毛羽絨樣品粉碎至5mm以下，在室溫下于4mLHNO3和1mLH2O2混合試劑中浸泡2h后進行微波消解，消解功率采用梯度升高的模式，消解總時間取15min，可獲得較好的消解效果。

微波消解技術；羽毛羽絨；消解工藝

羽毛羽絨屬于天然蛋白質纖維，具有良好的保暖隔熱性，而且結構蓬松，質地輕柔，是大眾最為喜愛的防寒用品原料之一[1]。羽毛羽絨產自鵝鴨體表，羽毛羽絨在生長過程中，因禽類食物、水質及生存環境等因素影響，容易導致許多金屬元素通過血液循環而沉積。由于重金屬離子與羽毛羽絨蛋白中的一些活性基團(如巰基)有較好的結合力，有利于螫合物的形成，因此金屬元素是以一定的化學形態存在于羽毛羽絨中[2]。眾所周知，紡織品中重金屬含量過高，會對消費者身體健康帶來危害，紡織服裝中重金屬含量若達不到生態標準要求，將可能被迫退出國際或國內市場。作為紡織工業中特色產品的羽絨及制品也必須要達到相應生態標準要求，羽毛羽絨中微量元素尤其是重金屬離子的含量必須控制在一定范圍以內。

羽毛羽絨由大量的有機物質組成，若不能將這些有機物質在測試樣品前進行有效的溶解，將會對重金屬含量的測定產生嚴重的干擾。因此，有效地制備測試樣品，將有利于提高羽毛絨重金屬元素準確度。目前在重金屬含量分析研究和檢測實驗中，常使用的樣品消解方法有微波消解法、濕法消解、高壓罐消解法、馬弗爐干法灰化等。微波消解，是指樣品和消解溶液(各種酸、堿、鹽)在密閉的容器中被微波能加熱，從而在高溫高壓下能夠快速消解。微波消解法有著樣品分解完全、溶解速度快、劑量消耗少、操作簡單方便、對環境和人員的污染少等優點，是目前較為先進的消解方法之一[3-6]。

本研究分析了羽毛羽絨的微波消解工藝，在節省資源、節省時間、減小污染以及消解完全且測試結果準確可靠的前提下，選擇較佳消解條件對羽毛羽絨樣品進行消解，為羽毛羽絨及其制品中重金屬元素含量的測定提供參考。

1 實驗部分

1.1 材料與儀器

材料：樣品為含絨量65%的白鵝絨(杭州中羽制衣有限公司)，雙氧水(分析純，杭州高晶精細化工有限公司)，硝酸(分析純，杭州高晶精細化工有限公司)，實驗用水為超純水，其電導率為18.2MΩ·cm。

儀器：7500a型電感耦合等離子體質譜(ICP-MS，美國AGILENT公司)，QWave2000微波消解爐(加拿大QUESTRON公司)，Milli-Q純水儀(美國MILLIPORE公司)，AuY120天平(日本SHIMADZU公司)，DHG9030A烘箱(上海精宏公司)。

1.2 試樣的預處理

用超純水將樣品分別洗3次，在80℃的烘箱進行烘干后放入干燥器中待用。根據實驗的要求將羽毛羽絨樣品剪碎到所需要的尺寸，稱取試驗樣品每份0.3g，精確至0.001g。

2 結果與討論

2.1 消解試劑的選擇及用量

消解試劑主要以強酸劑為主，常用的微波消解試劑有：硝酸、高氯酸、濃鹽酸及雙氧水等。羽毛羽絨的有機物與高氯酸混合在一起時有可能會產生爆炸的危險；濃硫酸不可單獨使用，因為其沸點有339℃，當消解劑達到沸點時，濃硫酸能熔化聚四氟乙烯溶樣杯；濃鹽酸易揮發形成酸霧且氧化性不強；硝酸具有較強的氧化能力和較高的酸度，作為消解劑具有優良的溶解性，可消解絕大多數有機物和無機物，是羽毛羽絨微波消解的首選試劑。在能夠滿足測試樣品完全消解的前提下，盡可能降低樣品空白值和酸度，減少硝酸的用量，本實驗酌情加入過氧化氫制作混合消解試劑[7]。在消解試劑比例的實驗中，稱取羽毛羽絨樣品0.3g一式5份，使用ICP-MS設備測量Cu、Pb含量，討論硝酸和過氧化氫作為消解試劑的混合比例，實驗數據如表1所示。

表1 消解試劑及比例選擇

HNO3/mLH2O2/mL消解液性狀Pb含量/(mg·kg-1)Cu含量/(mg·kg-1)20有沉淀1.4427.74230略有沉淀1.5879.21240略有微黃1.63312.12641無色澄清1.72212.35950無色澄清1.71712.35651無色澄清1.71112.367

如表1所示，當混合消解試劑量少于5mL時，樣品有沉淀或者微黃，不能完全消解。這是由于消解試劑量過少，難以浸潤全部樣品，故一般取總體積不小于5mL的混合消解試劑。當混合消解試劑大于5mL時，各種配比消解液均勻無色澄清，樣品消解完全，且測定結果基本一致。當HNO3與H2O2混合試劑比例為4∶1時，雖然HNO3的用量減少了，但并沒有影響樣品消解的效果，還降低了重金屬測定時的空白值，為較佳配的比值。

2.2 樣品粉碎程度的影響

羽毛羽絨主要由絨子和毛片組成，成熟絨子蓬松、輕柔，長度10～30mm，三維結構，所占體積很大；而成熟毛片是平面結構，長度一般在10～160mm[8]。在消解時需要根據羽毛羽絨樣品的結構特點，酌情進行粉碎處理，羽毛羽絨樣品的粉碎可以直接剪碎。以4mL的HNO3和1mL的H2O2作為混合消解試劑，稱取0.3g一式5份的羽毛羽絨樣品進行消解，消解功率壓力和時間的配比為400W(1.0MPa)功率下消解6min，800W(1.5MPa)功率下消解5min，1600W(2.0MPa)功率下消解4min，考察羽毛羽絨各粉碎長度對消解效果影響的結果見表2。

表2 羽毛羽絨粉碎長度與消解效果比較

粉碎長度/mm絨子消解液性狀毛片消解液性狀3無色澄清無色澄清4無色澄清略有微黃5無色澄清略有微黃6無色澄清略有沉淀8無色澄清略有沉淀10無色澄清略有沉淀12略有微黃有沉淀

由表2可見，在相同的消解劑、消解時間、消解壓力的前提下，羽毛羽絨的粉碎長度對消解效果具有一定的影響，羽毛羽絨在消解時，絨子在長度10mm以下均可以完全消解，而毛片在長度6mm以上則較難以完全消解。因此，根據實驗結果選定羽毛羽絨樣品粉碎至5mm以下較為合適。

2.3 樣品微波消解前放置時間的選擇

由羽毛羽絨結構分析可知，羽毛羽絨結構蓬松，體積較大，完全浸潤難度較大，且羽毛羽絨為蛋白質物質，消解時會產生大量氣體，易導致密閉消解罐內產生過大的壓力，給實驗帶來危險。因此，為了使羽毛羽絨充分、快速的消解，進行微波消解前需要放置一段時間，以使羽毛羽絨消解樣品能夠被充分浸潤并釋放出部分氣體。用上述相似的實驗參數，考察加入消解試劑后立即消解和加入消解試劑后放置一段時間再進行消解的消解情況見表3。

表3 羽毛羽絨消解放置時間與消解效果比較

放置時間/h絨子消解液性狀毛片消解液性狀0.25略有微黃略有沉淀0.5無色澄清略有沉淀1無色澄清略有微黃1.5無色澄清略有微黃2無色澄清無色澄清2.5無色澄清無色澄清

從表3中可以看出，羽毛羽絨在微波消解前需要靜置一段時間，絨子靜置的時間只需要0.5h及以上就可以消解完全，而毛片需要放置2.0h及以上才能完全消解。由于目前的生產工藝很難大批量地把羽毛羽絨里的絨子和毛片完全分離，因此樣品的靜置時間必須滿足毛片的靜置時間，故樣品的靜置時間選擇2h較為合理。

2.4 樣品消解功率與時間配比的選擇

消解功率和消解時間的合理配合，能夠節省資源和時間，并達到良好的消解效果。在設計消解功率和消解時間時，既要保證消解的效果及效率，又要保證消解的平穩進行，同時還要盡量降低能耗的使用。本實驗通過梯度升高功率和升壓的方式，探討不同消解時間對消解效果的影響，確立合理的消解功率和消解時間。用相似的實驗參數(如前所述)，探索樣品較優的消解功率和消解時間。設定在400W功率下密閉消解高壓罐內的壓力設置為1.0MPa，在800W功率下密閉消解高壓罐內的壓力設置為1.5MPa，在1600W功率下密閉消解高壓罐內的壓力設置為2.0MPa，設計10個消解功率和時間的方案，測試結果如表4所示。

表4 羽毛羽絨消解時間與消解功率的選擇

序號各功率下的消解時間/min400W(1.0MPa)800W(1.5MPa)1600W(2.0MPa)消解液性狀Pb含量/(mg·kg-1)Cu含量/(mg·kg-1)1532微黃有沉淀1.35776.8542542微黃有沉淀1.4637.9683543微黃有沉淀1.5449.4824553微黃有沉淀1.59210.8895554略有微黃1.63511.8366653略有微黃1.62711.6127663略有微黃1.67612.0968555無色澄清1.71412.3669654無色澄清1.72212.35910664無色澄清1.73112.324

由表4可見，在序號1—7的消解功率和時間的條件下羽毛羽絨樣品微黃有沉淀或略有微黃，樣品消解不完全；采用序號8—10的消解功率和時間，樣品無色澄清，消解完全。依據實驗的具體目的和合理使用資源的原則，羽毛羽絨樣品較佳消解功率和時間選擇方案9，即400W(1.0MPa)功率下消解6min，800W(1.5MPa)功率下消解5min，1600W(2.0MPa)功率下消解4min。

3 結 論

本文根據羽毛羽絨的結構特性，在合理的使用資源的原則下，討論了羽毛羽絨微波消解的工藝參數，確立了較優的微波消解工藝為：羽毛羽絨樣品消解試劑選用優級純的HNO3和H2O2混合液，兩者的混合比例為4mLHNO3和1mLH2O2。將羽毛羽絨樣品粉碎至5mm以下，放在消解劑中充分浸潤，室溫靜置2h后微波消解，在消解功率(壓力)為400W(1.0MPa)下消解6min，在800W(1.0MPa)功率下消解5min，在1600W(1.0MPa)功率下消解4min。

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(責任編輯：唐志榮)

Study on the Processing of Feather by Microwave Digestion Technology

MEMGRanju

(The Department of the Textile and Art Design, Jiaxing Vocational Technical College, Jiaxing 313000, China)

In this paper, the microwave digestion technology is used to digest feather samples, and processing conditions are investigated such as the types and proportions of digestion reagents, sample pulverized degree, the time of placement, digesting time, digesting power and pressure etc. Considering the goal of saving energy, reducing emissions, improving efficiency, bettering digestion effect, preferred digestion process is then selected. The results show that better digestion effect can be achieved by microwave digestion soak 2 hours in 4mL HNO3and H2O21mL of mixing reagent at room temperature, digestion power adopt increasing gradient mode and digesting 15 min.

microwave digestion technology; feather; digestion process

2015-12-03

蒙冉菊(1981-)，女，廣西梧州人，講師，主要從事為紡織材料與技術方面的研究。

TS102.319

A

1009-265X(2016)06-0010-03