微波消解-電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜(ICP-AES)法測(cè)定ABS塑料中Pb、Cd、Hg

孫國(guó)娟 孫海霞

(1 安徽國(guó)家銅鉛鋅及制品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心，安徽 銅陵 244000；>2 安徽三聯(lián)學(xué)院 計(jì)算機(jī)工程學(xué)院，合肥 230601)

引言

隨著全球電子電器行業(yè)的發(fā)展，在給人類(lèi)帶來(lái)方便的同時(shí)，也給全球的生態(tài)環(huán)境帶來(lái)了巨大影響。歐盟明確規(guī)定了電子電氣產(chǎn)品中鉛(Pb)、汞(Hg)、鎘(Cd)、六價(jià)鉻(Cr)、多溴聯(lián)苯(PBB)、多溴二苯醚(PBDE)的限量要求。但國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)[1]給出的測(cè)定方法與操作步驟不明確，不利于按標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施，因此，尋找快速高效的測(cè)定方法有著重要的指導(dǎo)和實(shí)踐意義。近年來(lái)，人們?cè)诶秒姼旭詈系入x子體原子發(fā)射光譜(ICP-AES)法測(cè)定電子電氣聚合物中鉛、鎘、汞方面有了多種探索[2-8]。但是這些方法對(duì)ABS這類(lèi)具有較高剛性及抗腐蝕性的塑料消解效果不好，出現(xiàn)消解速度慢、消解不完全和回收率低等問(wèn)題。本文以ABS塑料為研究對(duì)象，優(yōu)化消解體系、消解溫度以實(shí)現(xiàn)對(duì)ABS的完全消解，獲取好的實(shí)驗(yàn)效果。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器及工作條件

Thermo公司ICAP6300等離子體發(fā)射光譜儀，采用蠕動(dòng)泵進(jìn)樣，輔助氣流量0.5 L/min，霧化氣流量0.7 L/min，RF功率1 150 W，泵速50 r/min。

1.2 試劑及標(biāo)準(zhǔn)溶液

鉛、鎘、汞標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液(1 000 μg/mL，國(guó)家有色金屬及電子材料分析測(cè)試中心)。

硝酸、氫氟酸、雙氧水、高氯酸為分析純或優(yōu)級(jí)純。

分析用水為去離子水。

1.3 樣品制備

用電鋸、研磨機(jī)、低溫破碎機(jī)等設(shè)備將樣品研磨成粒徑不超過(guò)0.5 mm的粉末樣。

1.4 樣品處理

稱(chēng)取樣品0.2 g(精確至0.000 1 g),分別置于聚四氟乙烯微波消解罐中，加入7 mL HNO3、0.2 mL H2O2、0.5 mL HF、1 mL HClO4,待反應(yīng)平靜后，將容器封閉，并按照表1升溫程序進(jìn)行微波消解。容器冷卻至室溫后，打開(kāi)容器，如果溶液不清亮或有沉淀產(chǎn)生，用0.45 μm的過(guò)濾膜過(guò)濾，殘留的固態(tài)物質(zhì)用15 mL HNO3(5%)沖洗4次，所得溶液全部合并轉(zhuǎn)移至100 mL容量瓶中。

1.5 標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

以Pb、Cd、Hg標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液配制成0、0.05、0.10、0.20、0.50、1.00 μg/mL的系列標(biāo)準(zhǔn)溶液，介質(zhì)為HNO3(5%)。

表1 微波消解升溫程序Table1 Microwave digestion procedure

2 結(jié)果與討論

2.1 溶樣酸體系及用量的選擇

微波消解常用的酸體系HNO3+H2O2對(duì)很多塑料(PP、PE)都有很好的消解作用，但由于很多工程塑料會(huì)加入玻璃纖維或TiO2等填料，以達(dá)到改善性能或降低成本的目的，導(dǎo)致HNO3+H2O2消解ABS塑料較困難。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)HClO4的引入有助于塑料的消解，而HF的引入，則更好地解決了填料的消解問(wèn)題。表2給出了不同酸體系下，微波消解對(duì)ABS的消解效果。

表2 不同酸體系下ABS的微波消解效果Table 2 Microwave digestion effect on ABS in different acid systems

在同等條件下，分別加入0.5、1.0、1.5 mL HClO4消解ABS樣品，經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，隨著HClO4用量的增加，消解后殘?jiān)絹?lái)越少，直至消解完全，然而，過(guò)高的HClO4用量容易導(dǎo)致消解罐內(nèi)壓力過(guò)高，基于安全考慮，HClO4用量不宜超過(guò)整個(gè)酸消解體系的20%，因此選擇加入1.0 mL HClO4。

由于ABS塑料中經(jīng)常添加玻璃纖維作為填料，故溶解過(guò)程中常加入HF。在同等條件下，分別加入0.2、0.5、1.0 mL HF消解樣品，0.5 mL HF既能滿(mǎn)足完全消解的要求，又對(duì)儀器損害最小。

在同等條件下，分別加入0.2、0.5、1.0 mL H2O2消解ABS樣品，經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，隨著H2O2的加入對(duì)消解有幫助，但效果區(qū)別不大，過(guò)高的H2O2用量容易導(dǎo)致消解罐內(nèi)壓力過(guò)高，因此選擇加入0.2 mL H2O2。

整個(gè)體系中酸的用量一般在6～10 mL較適宜，因HNO3的沸點(diǎn)比水的沸點(diǎn)高，較高的沸點(diǎn)有利于塑料樣品的消解，因此，實(shí)驗(yàn)選用7 mL HNO3+0.2 mL H2O2+0.5 mL HF+1 mL HClO4來(lái)消解ABS塑料樣品。

2.2 消解溫度和恒溫時(shí)間的選擇

在同等條件下，分別將消解溫度設(shè)在190、200、205、210 ℃,對(duì)ABS進(jìn)行消解。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，更高的溫度有利于樣品的消解，205 ℃時(shí)溶液清亮，消解較完全。故實(shí)驗(yàn)選擇消解溫度為205 ℃。

在同等條件下，將恒溫時(shí)間分別設(shè)為20、30、40、50 min來(lái)消解ABS樣品，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，消解40 min以上溶液清亮，消解完全。故實(shí)驗(yàn)選擇恒溫時(shí)間為40 min。

2.3 儀器分析譜線的選擇

塑料類(lèi)樣品光譜干擾小，采用ICP-AES法測(cè)定時(shí)一般可選擇元素的最靈敏線，但有些樣品因加入了某些填料，導(dǎo)致Pb 220.3 nm處可能會(huì)有一些光譜干擾，但次靈敏線Pb 182.2 nm處無(wú)干擾。因此，實(shí)驗(yàn)中Cd、Hg選擇其靈敏線Cd 214.4 nm、Hg 194.2 nm,Pb選擇次靈敏線Pb 182.2 nm作為分析譜線。

2.4 精密度實(shí)驗(yàn)

對(duì)一個(gè)ABS樣品進(jìn)行11次測(cè)定，測(cè)定結(jié)果和相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差如表3所示。

Pb、Cd、Hg測(cè)定的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差均小于3%，滿(mǎn)足測(cè)定方法的要求。

表3 精密度實(shí)驗(yàn)Table 3 The testing of precision(n=11) /(mg·kg-1)

注：1)單位為%，下同。

2.5 加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)

稱(chēng)取上述ABS樣品3份，加入0.2 mL Pb、Cd、Hg標(biāo)準(zhǔn)溶液(100 μg/mL)，按分析步驟進(jìn)行測(cè)定，計(jì)算方法的加標(biāo)回收率，如表4所示。

表4 回收率實(shí)驗(yàn)Table 4 The testing of recovery (n=3) /(mg·kg-1)

實(shí)驗(yàn)表明，Pb、Cd、Hg加標(biāo)回收率均在95.0%～105%。

3 結(jié)論

實(shí)驗(yàn)采用微波消解法對(duì)樣品進(jìn)行前處理，運(yùn)用ICP-AES法測(cè)定ABS中Pb、Cd、Hg，在縮短樣品前處理時(shí)間的同時(shí)得到較高的元素消解回收率和較為理想的精密度，適用于ABS塑料中重金屬含量的快速測(cè)定。