紡織品中可萃取重金屬和有機(jī)錫含量非破壞性檢測研究

鄧明亮 劉偉 任剛 楊萍

摘 要：借助超聲提取技術(shù)發(fā)展了紡織品中可萃取重金屬和有機(jī)錫含量的非破壞性檢測方法。系統(tǒng)評價了試樣質(zhì)量、萃取時間等對非破壞性檢測的影響，結(jié)果顯示樣品不破壞以及增加試樣量對超聲提取法測試結(jié)果影響均較小，有望用于紡織品生態(tài)測試項(xiàng)目的非破壞性檢測領(lǐng)域中。

關(guān)鍵詞：紡織品；可萃取重金屬；有機(jī)錫；非破壞性檢測

中圖分類號：TS102 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B 文章編號：1674-2346（2017）02-0018-04

重金屬離子和有機(jī)錫化合物由于對人體具有較強(qiáng)的生理毒性，近年來越來越受到消費(fèi)者的關(guān)注。例如鉛離子會對人體的造血系統(tǒng)、消化系統(tǒng)產(chǎn)生損害，傷害人的腦細(xì)胞甚至致癌致突變；鎘離子會導(dǎo)致人體出現(xiàn)高血壓，引起心腦血管疾病和腎功能失調(diào)，是一種可疑的致癌物；而有機(jī)錫化合物則會對人體的皮膚、呼吸道產(chǎn)生強(qiáng)烈刺激，進(jìn)而通過皮膚或腦水腫引起全身中毒，甚至死亡。目前我國主要通過GB/T 17593.1-4《紡織品重金屬的測定》和GB/T 20385-2006《紡織品有機(jī)錫化合物的測定》分別測試紡織品中可萃取重金屬和有機(jī)錫化合物含量。

然而，以上方法均為破壞性的，需將代表性樣品剪碎至一定尺寸后加入酸性汗液進(jìn)行機(jī)械振蕩，這勢必導(dǎo)致測試的樣品無法再次使用，造成大量的資源浪費(fèi)。我國每年用于檢測的紡織品數(shù)量多達(dá)數(shù)百萬件，這將造成數(shù)十億元的損失。因此，如果能夠發(fā)展一套用于紡織品非破壞性測試的方法，將節(jié)約大量的資源和生產(chǎn)成本。鑒于紡織品可萃取重金屬含量和有機(jī)錫化合物的測試前處理中樣品萃取操作相同，本文將以超聲波萃取技術(shù)分別應(yīng)用于以上項(xiàng)目的非破壞性實(shí)驗(yàn)，并通過與GB/T 17593.1-4《紡織品重金屬的測定》和GB/T20385-2006《紡織品有機(jī)錫化合物的測定》的測試結(jié)果進(jìn)行對比，篩選出適用于紡織品可萃取重金屬含量和有機(jī)錫化合物非破壞性測試的方法。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備及試劑

KQ-300超聲波清洗機(jī)（40 kHz）、機(jī)械振蕩器、單丁基錫標(biāo)準(zhǔn)品（97.0%， O2si Smart Solution，美國）、重金屬Cu離子標(biāo)準(zhǔn)溶液（1000 ppm，Dr. Ehrenstorfer公司，德國）、電子天平、量筒、錐形瓶、移液器、燒杯、氣質(zhì)聯(lián)用儀（Trace 1300 ISQ）、電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀（Optima 8000）。

1.2 實(shí)驗(yàn)樣品選擇

為確保測定結(jié)果穩(wěn)定、可信度高，在挑選陽性樣品時，選擇素色、單層面料，且不含印花、繡花等可能影響測定結(jié)果的組件的樣品。在對空白樣品進(jìn)行加標(biāo)測試時，選擇白色純棉貼襯作為基布，旨在排除因樣品本身不均勻等因素。最終選取了含有Cu2+的樣品（樣品1，按GB/T 17593.2測得Cu2+含量約32 mg/kg）用于評價使用不同方法測試可萃取重金屬的結(jié)果。另外，由于缺少足量的含有有機(jī)錫化合物的樣品，提前向每克純棉基布中加入含有10 ug單丁基錫的甲醇溶液，充分混合均勻后烘干，剪碎后作為加標(biāo)樣品（樣品2）用于有機(jī)錫含量測試。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

由于GB/T 17593.1-4和GB/T 20385-2006前處理中對紡織面料的萃取操作相同，都是使用酸性汗液對樣品機(jī)械振蕩萃取60 min，因此本實(shí)驗(yàn)中將對可萃取重金屬和有機(jī)錫含量同時進(jìn)行考察。由于試樣的浴比（萃取液體積與樣品質(zhì)量的比值，mL/g）會對樣品的萃取結(jié)果產(chǎn)生影響，為使實(shí)驗(yàn)結(jié)果具有可比性，所有實(shí)驗(yàn)的浴比均按GB/T 17593.1-4的操作進(jìn)行，即浴比統(tǒng)一為20，萃取溶液為酸性汗液（pH值為5.50）。

方法一：稱取4 g代表性試樣兩份（供平行試驗(yàn)），精確至0.01 g，置于具塞三角燒瓶中。加入80 mL酸性汗液，將纖維充分浸濕，放入37℃恒溫水浴中振蕩60 min，取出后靜置冷卻至室溫。

方法二：稱取4 g代表性試樣兩份（供平行試驗(yàn)），精確至0.01 g，置于具塞三角燒瓶中。加入80 mL酸性汗液，將纖維充分浸濕，放入恒溫超聲波清洗機(jī)中，在37℃水浴中超聲60 min，取出后靜置冷卻至室溫。

以上2種方法得到的萃取溶液經(jīng)過濾后可直接采用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀（ICP-AES）測試其可萃取重金屬含量。對于有機(jī)錫含量的測定，在上機(jī)分析前需對萃取樣液進(jìn)行衍生化：分別移取上述方法制得的2種樣液20 mL，加入到50 mL平底燒瓶中，添加2 mL乙酸鹽緩沖溶液，搖勻，再加入2 mL四乙基硼化鈉溶液進(jìn)行衍生化、2.0 mL正己烷進(jìn)行萃取，上球型冷凝管，通水后用電磁攪拌器攪拌30 min，最后將反應(yīng)液轉(zhuǎn)移至分液漏斗中，經(jīng)充分振蕩后去除水相（下層），從分液漏斗中分離出1 mL正己烷相（含有被測物），轉(zhuǎn)移至具塞試管，加入適量無水硫酸鈉脫水后供氣質(zhì)聯(lián)用儀分析。

2 結(jié)果分析與討論

為研究不同方法對可萃取重金屬和有機(jī)錫含量非破壞性測試的可行性，方法一和方法二均包括將樣品剪碎至5？ mm（碎樣）和不剪碎（整樣）2種處理方式，通過考察碎樣和整樣在不同萃取方法和試樣量等條件下的測試結(jié)果，力求發(fā)展一套非破壞性測試方法。

2.1 試樣質(zhì)量對萃取效率的影響

與普通的測試方法不同，要實(shí)現(xiàn)對成衣的非破壞性測試，樣品的質(zhì)量將是一大難題。本實(shí)驗(yàn)首先對不同質(zhì)量的碎樣和整樣分別使用機(jī)械振蕩和超聲提取2種方法進(jìn)行可萃取重金屬含量的測定。在實(shí)際測試中，為避免一些克重小或拒水性樣品整體漂浮在溶液表面而無法有效萃取，可使用惰性支架進(jìn)行固定，使之充分浸在溶液中。由于實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限，實(shí)驗(yàn)中僅考察了質(zhì)量為2g、4g、8g、16g時對測試結(jié)果的影響，結(jié)果見表1和圖1。

從表1和圖1中可知，隨著質(zhì)量的增加，各條件下的可萃取重金屬含量均出現(xiàn)不同程度的下降，這說明在相同條件下質(zhì)量的增加會影響酸性汗液對樣品的萃取能力。對碎樣的2組測試結(jié)果進(jìn)行研究可發(fā)現(xiàn)，不同質(zhì)量的樣品在使用機(jī)械振蕩和超聲提取的萃取效果相當(dāng)，可認(rèn)為以上2種方法都能對剪碎的樣品進(jìn)行有效地萃取。而對于整樣，在質(zhì)量增加時使用機(jī)械振蕩方法測得的含量明顯下降，這主要是由于隨著樣品質(zhì)量的增加，整樣在震蕩過程中會出現(xiàn)面料的多重折疊，導(dǎo)致部分折疊處的組分難以被充分萃取；與之相比，由于超聲波具有較強(qiáng)的穿透力，能夠有效地作用于折疊部分的面料，且被萃取下來的物質(zhì)能夠迅速擴(kuò)散至溶液中，因此在試樣質(zhì)量較大時超聲提取法的萃取能力變化較小，更適用于對紡織品可萃取重金屬含量的非破壞性檢測。

2.2 萃取時間對超聲提取法的影響

為了考察超聲提取時間的影響，試驗(yàn)中分別研究了超聲時間為15min、30min、60min、90 min對樣品1的可萃取重金屬和樣品2的有機(jī)錫含量的萃取效果，結(jié)果見表2和圖2。

從表2和圖2中可知，采用超聲提取法測試整樣的測試結(jié)果整體略低于碎樣。觀察整樣的測試結(jié)果可知，有機(jī)錫含量和萃取重金屬測試在超聲時間分別為30 min和60 min時基本達(dá)到穩(wěn)定，可認(rèn)為被充分萃取。由于樣品2中的有機(jī)錫化合物為加入的標(biāo)準(zhǔn)品，實(shí)際樣品上的有機(jī)錫化合物可能更難被萃取，因此建議將超聲萃取時間統(tǒng)一定為1 h。

需要指出的是，本實(shí)驗(yàn)為方便對不同方法之間進(jìn)行比較，將浴比統(tǒng)一定為20，并研究了在此條件下使用超聲提取法進(jìn)行非破壞性測試的可行性。而對于普通的成衣，浴比為20時可能需要較大的超聲容器，不具有可操作性，因此在確保樣品充分浸漬的前提下，建議在實(shí)際操作測試中合理設(shè)置浴比。

3 結(jié)論

本文通過實(shí)驗(yàn)比對，選取了超聲波萃取法對紡織品中可萃取重金屬和有機(jī)錫含量進(jìn)行非破壞性檢測，系統(tǒng)評價了萃取試樣量、萃取時間等對測試結(jié)果的影響。結(jié)果顯示，超聲提取法測得中的可萃取重金屬和有機(jī)錫含量受試樣質(zhì)量影響較小，且選擇萃取時間為1 h可認(rèn)為萃取完全，適用于進(jìn)行紡織品中可萃取重金屬和有機(jī)錫含量的非破壞性測試。不過需要指出的是，由于不同方法之間的結(jié)果存在較大的差異，因此采用該方法測定的結(jié)果并不適用于現(xiàn)有產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的判定。

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On the Non-Destructive Testing of Extractable Heavy Metal and Organotin Content in Textiles

DENG Ming-liang1，2 LIU Wei1 REN Gang1 YANG Ping1，2

（1.CNTAC Testing Center，Beijing 100025，China；

2.China Textile Information Center，Beijing 100742，China）

Abstract： A non-destructive testing method on the determination of extractable heavy metal and organotin compounds in textiles was developed by ultrasonic assisted extraction technique. The influence of the sample mass and the extraction time on non-destructive testing was studied systematically. The results show that not damaging the samples or increasing the sample amount have little influence on the results of ultrasonic extraction test， which is expected to be used in non-destructive testing of textile ecological testing program.

Keywords： textiles； extractable heavy metal； organotin； non-destructive testing