ICP-OES測定塑膠跑道中的9種可溶性重金屬

鐘俊芳，林偉宏，梁森濤，葉元堅，蔡錦安

(廣州質量監督檢測研究院，廣 東 廣州 511447)

塑膠跑道又稱全天候田徑運動跑道，由聚氨酯預聚體、混合聚醚、廢輪胎橡膠、EPDM橡膠粒或PU顆粒、顏料、助劑、填料組成[1]。自2015年10月,問題跑道事件曝出后，塑膠跑道登上了新聞的熱搜，但伴隨的標題總是“毒跑道”，引起了大量爭議。其中“毒跑道”一度被懷疑會引起學生流鼻血、起疹子、嘔吐。但經過送檢，這些跑道都是"達標"的。現行的檢測依據GB/T 14833-2011《合成材料跑道面層》涉及苯、甲苯和二甲苯總和、游離甲苯二異氰酸酯以及重金屬中可溶性鉛、鎘、鉻、汞的檢測[2]。 GB 36246-2018《中小學合成材料面層運動場地》于2018年11月更新后，有害物質含量已經增加了鄰苯二甲酸酯類化合物總和及苯并[a]芘、短鏈氯化石蠟(C10-C13)等項目，以及在一些項目的限量值上作出了調整；相比GB/T 14833-2011可溶性重金屬的鉛含量為90mg/kg[3]， GB 36246-2018可溶性重金屬的鉛含量為50mg/kg[4]。雖然跑道可溶性重金屬在限值方面作出了改進，但未考慮其他可溶性重金屬作為添加成分在跑道方面的運用，因為有害的可溶性重金屬不應只有鉛、鎘、鉻、汞4種。參考標準GB/T 23991-2009《涂料中可溶性有害元素含量的測定》包含了砷、鋇、鎘、鉻、汞、鉛、銻、硒含量的測試，該法使用ICP-OES法測定重金屬。據調查，ICP-OES法已應用于汽車涂料[5]、污水[6]、土壤[7-8]等復雜樣品體系。因此，本文利用ICP-OES法建立更新更全面的可溶性重金屬檢測方法，完善塑膠跑道有毒有害物質檢測標準。

1 實驗部分

1.1 實驗儀器

分析天平(精度0.1g)；恒溫振蕩水浴鍋；pH計(精度±0.2 pH)；單刻度移液管(25 mL)、安捷倫ICP-OES 5100電感耦合等離子體發射光譜儀。

1.2 試劑與溶液

鹽酸溶液(0.07mol/L、1mol/L、2mol/L)；硝酸溶液：65%～68%(質量分數)。

1.3 實驗方法

可溶性重金屬的檢測是模仿人體吞咽試樣材料后與胃酸反應接觸一段時間后提取出的溶出物。用ICP-OES來測定試液中可溶性重金屬砷、鋇、鎘、鉻、汞、鉛、銻、硒和錫的含量。

1.4 樣品處理

試樣制備：對塑膠跑道樣品在室溫下用粉碎機或者剪刀粉碎，并用不銹鋼金屬篩(0.5mm)過篩，后待處理。使用合適的化學容器，加入相當于測試試樣質量50倍、溫度為(37±2)℃的0.07 mol/L鹽酸溶液與測試試樣混合。在攪拌裝置上攪拌1 min后，用酸度計測其酸度。如果pH值>1.5，一邊攪拌混合液，一邊逐滴加入鹽酸溶液調節pH值在1.0～1.5之間。將混合物避光，在(37±2)℃下放置1 h。隨后立即用0.45μm濾膜過濾。濾液避光保存并在24 h內完成元素分析測試。若濾液在進行元素分析測試前的保存時間超過24 h，應加入濃鹽酸加以穩定，使保存的溶液濃度c(HCl)約為1 mol/L[5]。

1.5 標準曲線

在選定工作條件下繪制校準曲線，標準溶液系列和各元素校準曲線的相關系數見表1。

表1 校準曲線系列及相關系數 μg/mL

2 分析與討論

2.1 樣品處理

塑膠跑道在制備樣品時要注意混勻，并要用篩網過篩，保證樣品均勻，研磨的器具選擇也要注意，要用剪刀對塑膠跑道進行裁剪,并采用冷凍研磨或不致產生熱量的其他加工方式粉碎，避免使用含鉻量高的不銹鋼類研磨器具造成鉻污染。

2.2 分析線的選擇及儀器工作參數的優化

2.2.1 分析線的選擇

各元素按儀器推薦選擇2～3條靈敏度較高的譜線，測定混合元素標準溶液，記錄數據。對各譜線的譜圖逐一處理，觀察各元素的譜線形狀和相互間干擾情況，確定各元素的分析線見表2。

表2 分析線

在上述分析波長下，相互間無譜線干擾。

2.2.2 儀器工作參數的選擇

通用條件：自動進樣器 重復次數：3次 泵速：12 r/min。

提升延時：25 s(快速泵) 沖洗時間：15 s(快速泵)。

讀取時間：5 s 霧化器流量：0.70 L/min RF功率：1.20 kW 等離子體氣流量：12.0L/min。

穩定時間：14 s 輔助氣流量：1.00 L/min 觀察方式：軸向。

2.3 方法的檢出限

在上述選定的工作條件下，重復測量空白溶液11次，以空白信號測定標準偏差的3倍計算各元素的檢出限，結果見表3，各元素均能滿足塑膠跑道對其檢出限的要求，適用塑膠跑道的檢驗。

表3 方法檢出限(k=3)

2.4 方法的準確性及精密度

對一組樣品進行加標回收實驗，分別平行測定6次，加標回收實驗結果參見表4。按照上述建立的方法進行分析，加標回收率為93.1%～101.7%，相對標準偏差RSD(n=6)為0.38 %～3.22 %，此方法準確可靠。

表4 方法的準確性和精密度

注：“-”表示未檢出

2.5 樣品測定結果統計

按照GB 36246-2018試驗方法分類，對塑膠跑道中的現澆型面層隨機抽取8種樣品進行的9種可溶性測定，結果見表5。由表5統計可知塑膠跑道中除了常見的鉛、鉻、鎘、汞等重金屬的污染，還有砷、鋇、銻、硒、錫等重金屬，使用電感耦合等離子體發射光譜法測跑道中的9種重金屬可以達到方便快速有效的檢測手段。

表5 現澆型面層

3 結果與結論

用ICP-OES同時測定塑膠跑道中的9種可溶性重金屬元素，基體元素對測定沒有明顯干擾，在選定的波長下測定，元素間也沒有干擾。該方法不僅方便快捷，而且測試準確、檢出限低、分析重現性好，適于可溶性重金屬的日常檢驗，對現行只測試4種可溶性重金屬的測試標準是行之有效的補充。從樣品測試結果統計可知，塑膠跑道中含有除了常規測試的鉛、鎘、鉻、汞4種重金屬，還含有鋇、硒、錫等重金屬。對于“毒跑道”的檢測，建議把這幾種可溶性重金屬也納入監測范圍之中。