紡織品中重金屬含量檢測預處理方法改進

莊健業

［高迪諦商品檢驗（上海）有限公司，上海201108］

0 引言

紡織品是用于滿足人們日常物質和文化生活所需的社會產品。然而，大多數消費者對于紡織品中所含的化學物質和產品涉及的質量安全信息并不了解，這一現狀使消費者在使用紡織品過程中面臨較大的安全隱患。隨著物質生活水平的提高，人們對紡織品的要求也越來越高，不僅要求款式新穎時尚、外觀裝飾漂亮，還關注產品的質量安全是否符合國家產品安全標準。

紡織品所含的重金屬主要來源于原料的種植和制造、纖維加工（紡紗、織造/針織/無紡、染色/印花、后整理、服裝加工等）過程中。其中，鉛常會存在于紡織品和服裝塑料配件、油漆、涂料以及金屬涂層中，鎘通常存在于紡織服裝附件、各種顏色涂料及金屬涂層中。雖然某些適量的重金屬有益于人體健康，但人體一旦吸收過量的重金屬就會被累積于肝、骨骼、腎及腦中，不但會減弱人體免疫功能，誘發癌癥，而且還可能會引起慢性中毒，傷害人的中樞神經。

近年來，國內外對生態紡織品的品質越來越重視，制定了相應的標準，對重金屬的安全指標也做出嚴格的規定，如國際上的生態紡織品標準OEKO-TEX Standard 100、國家標準GB/T 18885—2009《生態紡織品技術要求》、GB/T 30157—2013《紡織品總鉛和總鎘含量的測定》等。其中，OEKO-TEX Standard 100對重金屬鉛和鎘總量限量值做了明確的規定，GB/T 30157—2013《紡織品總鉛和總鎘含量的測定》卻對紡織品中的總鉛和總鎘含量的測定做出了明確的指導。

目前，紡織品重金屬總量的測定一般都采用微波消解法進行樣品預處理。微波消解法雖具有污染小、密閉防止揮發組分損失、節能高效等優點，但是其單批次處理量少、維護成本較高。本試驗主要研究用高溫高壓消解罐法替代微波消解法對紡織品樣品進行預處理，在確保微波消解法所具優點的情況下高效地進行檢測，減少運行和維護成本。

1 試驗

1.1 試驗原理

根據GB/T 30157—2013《紡織品總鉛和總鎘含量的測定》方法進行試驗。試驗時，先將試樣用濃酸進行消解，并將消解后的溶液稀釋定容至所需刻度，然后用電感耦合等離子體發射光譜儀（ICPAES）在適當的條件下測定鉛和鎘的發射強度，或用原子吸收分光光度計測量鉛和鎘的吸光度，對照標準工作曲線確定各種金屬離子的濃度，計算出試樣中重金屬的總量。

1.2 試劑

硝酸和過氧化氫（AR，國藥集團化學試劑有限公司），1 000μg/mL鉛標準儲備溶液和1 000μg/mL鎘標準儲備溶液（國家標準質量物質中心）。

除非另有說明，試驗僅使用分析純或以上級別的試劑以及GB/T 6682—2008《分析實驗室用水規格和試驗方法》規定的二級水或以上級別的水。

1.3 儀器設備

電感耦合等離子體發射光譜儀（ICP-AES），PE公司Optima 8000；烘箱（61 cm×68 cm×79.5 cm）；分析天平，精度0.01 mg；容量瓶，50 mL；水相過濾膜，孔徑為0.45 um；高壓消解罐，100 mL；微波消解儀，Milestone ETHOSA。

1.4 試驗步驟

1.4.1 試樣的制備

試驗選取代表性的試樣，將其剪至大小為5 mm×5 mm的碎片，稱取0.2 g試樣，精確至0.000 1 g。

1.4.2 消解定容

1.4.2.1 標準方法——微波消解法

向裝有待測試樣和空白的消解容器中分別加入8.0 mL濃硝酸，使得待測試樣與濃硝酸在常溫下充分反應后，將消解容器擰緊密封并轉移到微波消解儀中，10 min升溫至（175±5）℃，并保持20 min。試樣冷卻（至少5 min）后從微波消解儀中取出（打開消解容器前應先在通風櫥中將微波消解罐冷卻至室溫，或冷卻至少30 min）。

將消化干凈后的溶液轉移到50 mL的容量瓶中，用少量水分3次淋洗消解容器內壁，并將所有洗液混合置于容量瓶中，用水定容至所需刻度，搖勻，過水相過濾膜后，盡快將濾液用于電感耦合等離子體發射光譜儀（ICP-AES）分析。

1.4.2.2 改進方法[1]——高壓消解罐法

向裝有待測試樣和空白的高溫高壓消解內管中分別加入7.0 mL濃硝酸和2 mL過氧化氫，待試樣與濃硝酸在室溫下反應完全后，將消解內管置于高溫高壓消解罐中擰緊，放入事先預熱至（175±5）℃的烘箱中保持1 h后，將試樣從烘箱中取出置于通風櫥中冷卻至室溫。擰開外罐，將內管中消解干凈的溶液轉移到50 mL的容量瓶中，用少量水分3次淋洗消解容器內壁，并將所有淋洗液置于容量瓶中，用水定容至刻度，搖勻，過水相過濾膜，盡快將濾液用于電感耦合等離子體發射光譜儀（ICPAES）分析。

1.4.3 試驗分析

1.4.3.1 ICP-AES分析元素波長

ICP-AES分析鉛（Pb）元素和鎘（Cd）元素的波長分別為220.3 nm和214.4 nm。

1.4.3.2 工作曲線

根據試驗要求及儀器狀況，將標準工作溶液用水逐級稀釋至適當質量濃度的系列工作溶液，即0、0.1、0.2、0.5、1.0、2.0μg/mL。設置儀器的分析條件，點燃等離子體焰距，待焰距穩定后，在相應的波長下按質量濃度由低到高的順序測定系列工作溶液中各待測元素的光譜強度。以光譜強度為縱坐標，元素質量濃度為橫坐標，繪制工作曲線。

1.4.3.3 樣液的測定

按1.4.3.2所設定的儀器條件，測定空白溶液和樣液中各待測元素的光譜強度，從工作曲線上計算出各待測元素的質量濃度。

1.4.3.4 結果計算

試樣中的重金屬元素的含量：

式中：Wi——試樣中重金屬元素的總含量，μg/g；

Ci——樣液中被測重金屬元素的質量濃度，μg/mL；

C0——空白樣液中被測重金屬元素的質量濃度，μg/mL；

V——樣液的總體積，mL；

m——試樣的質量，g。

1.4.3.5 儀器維護

對于意大利MILESTONE微波消解儀的維護保養需注意：①彈簧片及墊片容易裂開，需及時更換，特別是主控罐上的彈簧片及墊片尤其容易破裂；②主控蓋上的陶瓷管容易斷裂，使用時需輕拿輕放，不得用力操作或從實驗臺上掉落；③溫度傳感器容易折斷，接頭處容易松動導致接觸不良，使用時特別需要注意；④內外罐使用時需保持干燥，以免微波加熱時局部過熱，導致內外罐的損壞。

對于高壓消解罐維護保養需注意：內外罐使用時需保持干燥，若消解罐內外壁有酸黏附時需要及時用軟布擦拭干凈。

2 結果與分析

在空白試樣中（基體分別為棉、麻、醋纖、錦綸、滌綸、氨綸、混紡）添加標準溶液[2]，使其空白試樣中重金屬鉛（Pb）和鎘（Cd）的質量濃度均為1.0μg/mL。經上述1.4.2所述的兩種方法進行預處理后，用電感耦合等離子體發射光譜儀（ICP-AES）測試重金屬的質量濃度，測試結果見表1。

由表1可知，用標準方法與改進方法對試樣進行預處理后所測重金屬的質量濃度在準確性與精密性上均能滿足測試要求[3]，即準確性上回收率的平均值為93%～98%，精密性上相對標準偏差≤3.5%。

通過對兩種前處理方法比較后發現：標準方法所采用的微波消解方法在常規條件下一批次可以處理10只樣品；改進方法所采用的高壓消解罐法可以根據烘箱大小來決定一批次處理樣品的數量，雙層烘箱（61 cm×68 cm×79.5 cm）一次性可以處理100 mL高壓消解罐180個，烘箱單批次處理量已遠遠大于微波消解儀的處理量。這一結論說明，在保證試驗準確性和精確性的前提下，用高壓消解罐法可以高效地處理更多的樣品。

表1 不同方法處理試樣后所測鉛和鎘的質量濃度

3 結論

（1）用高壓消解罐法對樣品進行預處理時，可以使紡織品樣品完全消解干凈，并可獲得較高的回收率，在精密性與準確性上均能得到很好的控制，可以滿足一般實驗室的測試要求。

（2）高壓消解罐法相比微波消解法來講，不僅單批次消解量大，而且還可以有效地減少樣品預處理時間；同時在儀器維護上無需更換配件，幾乎無任何耗品，大大節約了維護成本。

（3）就儀器設備的價格而言，一般普通進口微波消解儀的價格為20萬～30萬元，國產微波消解儀的價格為5萬～10萬元；而高壓消解罐內外罐一套價格僅為200～300元，按10套一組計算需要2 000～3 000元，烘箱價格3 000～5 000元，共計5 000～8 000元。相比微波消解儀來說，使用高壓消解罐可以節約很大一筆設備費用，特別是對中小企業或者剛起步的企業而言，可以減輕很大的經濟負擔。

（4）紡織品中的重金屬一旦進入人體就很難排出，會直接影響人體健康。因此，紡織品生產企業應當嚴格控制重金屬的指標，在生產各環節中可用改進的檢測技術對重金屬含量進行監控，發現問題及時整改。