非金屬制品的微波消解方法研究

徐曉云 肖 歡

（上海煤科檢測技術有限公司，上海201401）

在非金屬制品成分分析過程中，合適的消解方法對樣品的后期檢測分析具有非常重要的意義。消解的方法目前主要由電熱板消解及微波消解法，電熱板加熱消解方式使用最早，優點是能夠充分消解非金屬制品中的重金屬元素，后期的測量準確度高，但實驗人員操作起來程序復雜、耗時、試劑消耗量較大。電熱板消解采用開放的加熱系統，消解過程中會產生大量有機及無機氣體，不易控制，操作不當容易對環境造成污染，同時對人員造成職業傷害。近年來，由于微波消解方法更快速、準確、高效且用酸量少、污染小、對操作人員傷害小等優點，而被多數的實驗室采用。

市場上流通的非金屬制品種類繁多，結構復雜，樣品消解方法也不盡相同，不同的酸消解體系、消解方法及消解程序升溫的選擇等都會對后期的測試結果造成影響。本文針對較為便捷的微波消解方法，選用兩種較常用的酸體系進行配比設定，并對微波消解程序進行設定，從而對非金屬制品進行消解，找到最為合適的消解效果及最好的消解方案，擬為選擇測定非金屬制品中重金屬含量的方法研究提供參考。

1 實驗

1.1 儀器與試劑

液氮冷凍破碎機；微波消解儀；硝酸（優級純）；雙氧水（優級純）；氫氟酸（優級純）；試驗所用移液管均在（1:1）硝酸溶液中浸泡12h，微波消解罐在5%硝酸溶液中浸泡12h。

1.2 樣品的制備

大塊塑料樣品，剪成1cm*1cm 以下的小塊，液氮冷凍后用高速粉碎機進行粉碎，再過40 目篩，稱取0.1000g 的樣品加入聚四氟乙烯- 四氟乙烯消解罐中，等待加入消解試劑進行消解。

1.3 消解方案的設定

對微波消解方法的設定，主要考慮合適的升溫控制程序。一般情況下，溫度越高，保溫時間越長，樣品的消解效果就越好。但是，酸的種類的選擇也很重要，合適的酸在合適的升溫程序下，會讓樣品消解很徹底。酸體系選的不合適，樣品在高的溫度也很難消解。所以，酸的種類、比例和微波消解溫度的選擇就比較重要。

非金屬制品的主體材料主要為PVC、丁腈橡膠、丁苯橡膠、三元乙丙膠及ABS 樹脂等高分子材料。在實驗室分析檢測工作中，對樣品進行徹底溶解，為了破壞其復雜的有機基體,往往需要在酸消解體系中加入其它強氧化劑。鹽酸、王水、高氯酸容易引入氯多原子離子,對某些重金屬元素（如砷）的測定可能會造成一定程度的干擾,雙氧水作為一種弱酸性氧化劑,其在較低溫度下即可分解成高能態活性氧,適于降解某些有機物,與濃硝酸共用,可以大大提高混合液的氧化能力,完全破壞有機物[1]。由于非金屬制品的分解溫度一般在180℃左右[2]，因此，將微波消解溫度設定在200℃上下。文章以硝酸、雙氧水及氫氟酸作為消解酸，對酸的使用比例（見表1）及消解升溫程序（見表2）進行控制，擬定不同的消解方案，來對樣品進行完全的消解。

表1 微波消解方案

表2 微波消解升溫程序

首先，稱取0.1g 非金屬樣品置于5%的稀硝酸中靜止過夜的聚四氟乙烯- 四氟乙烯(PTFE-TFE) 高壓消解罐中, 精確至0.0001g，按表1 中的微波消解酸體系比例依次加入硝酸、雙氧水及氫氟酸,然后放入微波爐中,按表2 中預先設定的消解程序進行升溫消解。

實驗方案一：在稱量好的非金屬制品樣品中依次加入5ml硝酸及1ml 雙氧水的試劑，微波消解升溫程序選擇選擇方案1，對樣品進行消解。實驗表明,按照5ml 硝酸及1ml 雙氧水的消解方案，恒溫溫度與時間為190℃與30min 均不足以使樣品分解完全，消解后的樣品均有白色沉淀[3-5]。

實驗方案二：在稱量好的非金屬制品樣品中依次加入5ml硝酸、1ml 雙氧水及1ml 氫氟酸，微波消解升溫程序選擇選擇方案1，對樣品進行消解。結果表明,對于聚乙烯及聚氯乙烯為主體的塑料樣品,當微波消解最終溫度為190℃，且在190℃時保持30min，塑料樣品可以完全消解，溶液澄清。但對于橡膠及樹脂樣品，該酸體系、最終升溫溫度與保持時間均不足以使之分解完全，均有少量白色沉淀。

實驗方案三：在稱量好的非金屬制品樣品中依次加入5ml硝酸及1ml 雙氧水，微波消解升溫程序選擇選擇方案2，對樣品進行消解。結果表明, 對于聚乙烯及聚氯乙烯為主體的塑料樣品, 當微波消解最終溫度為220℃，且在220℃時保持60min，塑料樣品可以完全消解，溶液澄清。但對于橡膠及樹脂樣品，該酸體系、最終升溫溫度與保持時間均不足以使之分解完全，均有少量白色沉淀[6-7]。

實驗方案四：在稱量好的非金屬制品樣品中依次加入5ml硝酸、1ml 雙氧水及1ml 氫氟酸，微波消解升溫程序選擇選擇方案2，對樣品進行消解。實驗表明,對于PE、PVC 塑料樣品及成分復雜的橡膠、樹脂樣品,采用方案2 的酸性消解體系、微波恒溫溫度與保持時間為220℃與60min 時，非金屬制品的樣品可以完全分解，均成透明溶液。

2 結果與討論

不同類型的高分子材料成分不同,選擇的消解試劑及方法也不盡相同。本文選用的2 種常用酸消解體系及2 種消解升溫程序對樣品進行消解，并完成交叉試驗，發現，選擇5mlHNO3+1mlHF+1mlHClO4體系的消解試劑比例，同時微波消解程序采用恒溫溫度與時間為220℃與60min 時即可使非金屬制品溶解完全。總之，對于結構及成分復雜的非金屬制品的檢測分析而言，樣品的前處理非常重要，合適消解方案的選擇會為后期的分析檢測工作帶來很大的便利。