微波消解電感耦合等離子體發射光譜法測定金屬中鉛和鎘

孫國明

（山東省第一地質礦產勘查院，山東 濟南 250014）

在目前社會當中，金屬的應用十分廣泛，但金屬當中蘊含的重金屬卻具有非常巨大的危害性，包括鉛和鎘等，在很多西方國家都針對金屬當中的重金屬含量進行明確的規定，且歐盟也針對電氣電子設備的重金屬含量設置了2002/95/EC指令，我國同樣也會在該方面頒布相應的管理條例，避免進口電子垃圾，因此，對一些進出口的電氣、玩具以及包裝等產品中金屬部件的鉛、鎘含量進行準確的測定，是非常有必要的[1]。

1 實驗部分

微波溶樣技術是一種較為先進的樣品處理技術，其主要優點包括溶樣能力強、污染低、無損失且速度快，在國內外的樣品消解處理中的應用十分廣泛，但在金屬樣品的消解方面卻少之又少，因此，對微波消解技術加以應用完成溶樣處理，并采用電感耦合等離子體原子發射光譜儀對各種金屬當中蘊含的鉛和鎘進行測定，能夠在1h當中實現樣品的消解，并且可以獲得很好的效果。

（1）溶液和試劑。A.R.級試劑包括濃H2SO4、H2O2、HCIO4、HNO3；水主要是蒸餾水，是由MiLLI-Q超純水器處理以后獲得。標準溶液：主要有濃度為1mg/mL的國家標準溶液，包括單元素的Pb和Cd；以10%的HNO3為基體，經過逐級稀釋配置混合標準溶液，其工作曲線線性在相關系數方面都高于0.999。

（2）微波溶樣方法。將磨碎的金屬稱取0.1g作為試樣，并將其放置在聚四氟乙烯微波消解罐當中，在其中加入HCIO41.5mL、H2O21mL、濃HNO36mL，根據溫度變化開展微波消解活動，在電熱板上放置消解液，進行加熱處理，將過量的HNO3趕除，完成定容的轉移，直到10mL進行待測處理，與試樣共同進行空白試驗[2]。

（3）ICP-AES測試條件。使用電感耦合等離子體發射光譜儀對金屬當中的鉛含量及鎘含量進行測定的工作條件，鉛的分析線為220.353nm，鎘的分析線為214.440nm。

2 結果與討論

（1）選擇微波溶樣酸。金屬具有很多品種，對用在電氣、玩具以及包裝的ABS、PVC、PS以及PP等常用金屬樣品進行消解試驗，為了將有機基體徹底破壞，需要將強氧化劑加入到強酸當中，本文使用的混合消解液為HNO3+H2O2。經過試驗發現，使用該混合消解液能夠將大多數金屬完全消解，但分解ABS具有一定的困難性，因此，將H2SO4、HClO4以及HCI加入到混合液當中進行試驗，發現加入HClO4以后能夠獲得最佳效果，因此決定選用HClO4組成新的消解液，即HNO3+H2O2+HClO4。

（2）HClO4用量對消解效果的影響。將ABS作為試驗樣品，考慮到主控罐在溫度測量方面的需要，使用的消解液體積不能少于6mL，因此，將HNO3和H2O2固定為6mL和1mL，將HClO4的用量設置為0.5mL、1.0mL、1.5mL進行消解試驗，出于安全考慮，使用的HClO4總量在酸體系當中不得高于20%的比重，根據試驗結果可以發現，HClO4劑量增加以后，沉淀量會隨之減少，ABS的消解效果會逐漸提升，所以，最終將HClO4的用量設置在1.5mL。

（3）消解時間、溫度以及微波程序的確定。由于根據溫度的設定以及監測主控罐獲得的溫度信號反饋能夠使微波消解系統完成功率的自動控制，其微波程序主要分為兩個階段，分別是升溫階段和恒溫階段，而恒溫時間和具體溫度是最為重要的兩個參數，設定升溫時間為10min。

恒溫時間固定，將恒溫溫度設置在200℃、210℃和220℃進行消解試驗，需要注意的是恒溫溫度不宜過高，否則會導致消解罐損壞，試驗結果表明，升高恒溫溫度會使沉淀量逐漸減少，ABS的消解效果逐漸提升，因此，將恒溫溫度設定在220℃。將恒溫時間改為20min、30min、40min以及50min，試驗結果表明，延長恒溫時間，沉淀量也會隨之減少，消解50min以后溶液呈現透明、澄清的狀態，樣品完全被消解，所以，將恒溫時間設為50min。

（4）酸度對ICP測定的影響。在酸度條件不同的情況下，使用ICP對Cd和Pb的分析線發射強度進行測定，根據相關內容可以發現，ICP具有良好的酸效應，30%的HNO3介質能夠使結果偏低20%，而使用消解液進行的微波消解最后仍然會有較多的酸殘留下來，因此，必須將消解液當中多余的酸除去，本文在電熱板上設置消解液進行較熱處理，將過量的HNO3趕除至1mL以后，并不會對ICP測定造成影響。

（5）方法檢出限。根據確定以后的樣品測定方法進行多次試劑空白測定，要保證全過程測定，結合測定結果標準的3倍偏差對檢出限進行計算，其中Pb為0.05mg/L,而Cd則為0.006mg/L，根據最終的樣品定容體積和稱樣量能夠計算出準確的樣品檢出限，即Pb為0.5mg/Kg，Cd為1mg/Kg，能夠達到國際相關標準的要求。

（6）精密度和回收試驗。對各金屬樣品進行加標回收試驗，標準的雙元素加入量為1g/mL進行回收率的計算，同時，對含有Pb和Cd的熟料樣品進行測定，測定分7次平行進行，將相對的標準偏差計算出來，具體結果如表1所示。

表1 精密度及回收試驗結果（n=7）

（7）樣品測定及與其他方法的結果對比。以國際水平為標準進行測定計劃，使用本文擬定的EN1122標準方法與高溫灰化法對兩份金屬樣品進行分析，發現使用高溫灰化法進行消解處理，會出現較為嚴重的元素損失，其中的Cd損失嚴重以至無法檢出，而使用EN1122方法雖然能夠將Cd準確的測定出來，但在Pb的檢測當中卻并不適用，使用微波消解法測得量元素結果與標準值基本一致，對于金屬當中的鉛、鎘含量測定具有良好的效果。

3 結語

經過實際的分析實驗可以發現，使用微波消解電感耦合等離子體發射光譜法對金屬當中的鉛、鎘含量進行測定，能夠獲得較高測定效率和測定質量，相關人員應該針對該項測定方法進行深入的研究，不斷提升自身的測定水平，使測定質量始終能夠滿足國家標準的要求。

[1]王艷澤,張學凱.微波消解-電感耦合等離子體原子發射光譜法測定聚丙烯塑料中的鉛鎘汞鉻[J].冶金分析,2013,28(2):55-58.

[2]黃慶君.微波消解——電感耦合等離子發射光譜法測定塑料中的鎘[J].電子世界,2012(11):61-62.