煙花爆竹用煙火藥劑重金屬檢測(cè)方法研究

唐炳祥 梁杰

摘 要：在分析化學(xué)中，分析方法可分為兩大類(lèi)：化學(xué)分析和儀器分析。在今天，工具分析的使用越來(lái)越多。文章采用ICP方法對(duì)煙花爆竹中煙火藥劑的重金屬含量進(jìn)行了檢測(cè)。結(jié)論：該方法準(zhǔn)確，可用于煙火物品中重金屬的檢測(cè)。

關(guān)鍵詞：煙花爆竹研究;煙火藥劑重金屬檢測(cè);方法

煙花爆竹有著悠久的歷史傳承，歷史賦予了煙花爆竹厚重的文化元素，近年來(lái)，多地因環(huán)境保護(hù)的原因，對(duì)煙花爆竹出臺(tái)了“一刀切”的禁放政策。煙花爆竹的燃放確實(shí)會(huì)帶來(lái)環(huán)境污染，尤其是燃放殘余物中的金屬顆粒，更容易導(dǎo)致對(duì)大氣的污染和對(duì)人體的傷害，這是煙花爆竹產(chǎn)業(yè)必須正視的一個(gè)問(wèn)題，本文提出對(duì)煙花爆竹用煙火藥劑的重金屬的檢測(cè)方法研究，旨在為產(chǎn)業(yè)薄弱的技術(shù)基礎(chǔ)提供一些參考，也為地方政府科學(xué)制定煙花爆竹的管理政策提供一些技術(shù)的支撐，讓產(chǎn)業(yè)對(duì)重金屬的使用及其檢測(cè)都能有據(jù)可依，從而促進(jìn)煙花爆竹向環(huán)保的方向轉(zhuǎn)型升級(jí)，繼而延續(xù)煙花爆竹的歷史傳承。

1 煙火藥劑中重金屬的危害

1.1 對(duì)空氣的影響

以天津市為例，2016年至2017年期間，環(huán)境保護(hù)部門(mén)的煙花爆竹監(jiān)測(cè)點(diǎn)記錄顯示可吸入顆粒物濃度顯著升高，主要檢測(cè)了PM2.5、PM10的顆粒物中含有重金屬。煙花燃放對(duì)PM的影響很大。在公歷2016年2月7-22日以及2017年1月27日-2月11日期間，監(jiān)測(cè)點(diǎn)樣品的金屬和非金屬濃度達(dá)到了最高水平。增加最多的是重金屬釩、鉻、鎳、鍶、鈦濃度，比正常值高出400～500倍，錳、鉬的濃度高出200～300倍，鉛、銅和鈷高出約80～90倍，鎘和砷高出20倍左右。汞、鈣、硒、溴、硅、磷的濃度沒(méi)有升高。同時(shí)，煙花爆竹燃放對(duì)二氧化碳的影響最大;2016年和2017年二氧化碳的峰值分別為412和103ug/m3，

變化趨勢(shì)與PM的變化趨勢(shì)基本一致。

人體吸入這些金屬，就會(huì)造成人體急性中毒、亞急性中毒、慢性中毒等，對(duì)人體會(huì)造成很大的危害。因煙花燃放在大氣中廣泛分布的重金屬，一旦被人體吸入，不能被降解，通過(guò)不斷在體內(nèi)的累積，直接威脅人體健康，如日本發(fā)生的水俁病（汞污染）和骨痛病（鎘離子污染）等公害病，都是由重金屬離子污染引起的。

1.2 顆粒物對(duì)人體健康的影響

“荷蘭應(yīng)用科學(xué)組織TNO曾專(zhuān)門(mén)做過(guò)一個(gè)煙花燃放粉塵檢測(cè)實(shí)驗(yàn)。數(shù)據(jù)表明，煙花爆竹燃放所產(chǎn)生的粉塵60%超過(guò)10um;25%在10um～5um之間，是人體可以吸人的;對(duì)人體危害最大的5um以下的即PM2.5占5%。”目前城市人群所暴露的顆粒物濃度水平對(duì)健康會(huì)產(chǎn)生有害效應(yīng)。這些發(fā)現(xiàn)表明健康風(fēng)險(xiǎn)與PM10的短期暴露有關(guān)，并且這種相關(guān)性在發(fā)達(dá)國(guó)家和發(fā)展中國(guó)家是相似的。

2 研究煙花爆竹用煙火藥劑重金屬檢測(cè)方法的目的

煙花爆竹能夠呈現(xiàn)出五彩繽紛的姿態(tài)，系因使用了多種金屬元素，因?yàn)椴捎昧搜嫔磻?yīng)的化學(xué)原理，燃放后也勢(shì)必產(chǎn)生金屬的顆粒殘余物，某些顆粒物甚至?xí)?duì)人體可能造成危害。目前煙花爆竹產(chǎn)業(yè)對(duì)金屬的使用尤其是重金屬的使用缺少一些技術(shù)指導(dǎo)，尤其對(duì)重金屬的檢測(cè)方法缺少研究。因此我們只有了解煙火藥劑中重金屬的含量和種類(lèi)，才能有效地預(yù)防重金屬可能帶來(lái)的傷害，也才能讓煙花爆竹產(chǎn)業(yè)真正向環(huán)保型轉(zhuǎn)型。在燃放煙花爆竹的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生各種微小的顆粒，而這些微小的顆粒是在煙花爆竹的生產(chǎn)過(guò)程中，為了產(chǎn)生更好的燃燒效果，在煙火藥劑中加入的金屬粉末。這些金屬粉末中經(jīng)常會(huì)含有鉛鉻等化合物，這些化合物如果嚴(yán)重超標(biāo)就會(huì)在燃放時(shí)就會(huì)對(duì)人體造成較大的傷害，所以人們通過(guò)對(duì)煙花爆竹中用煙火藥劑重金屬的含量進(jìn)行檢測(cè)，使煙花爆竹在燃放的過(guò)程中減少重金屬對(duì)人體的傷害，使煙花爆竹真正的達(dá)到綠色的環(huán)保，人們?cè)谛蕾p煙花燃放時(shí)的美景時(shí)也不會(huì)對(duì)人體造成太大的影響。

3 煙花爆竹用煙火藥劑重金屬檢測(cè)方法與試驗(yàn)

3.1 檢測(cè)方法

為了對(duì)煙花藥劑的重金屬含量的檢測(cè)方法進(jìn)行詳細(xì)的檢查，有必要先做實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)備。在準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)儀器和試劑的同時(shí)，從相應(yīng)的煙花公司購(gòu)進(jìn)樣品，進(jìn)行了煙花樣品的前期處理，取一部分煙花樣品放在高型燒杯中，并且用適量的水潤(rùn)濕，沿著杯壁緩慢的加入水，等待反應(yīng)停止后，再進(jìn)行提取樣品。樣品預(yù)處理完畢后還要進(jìn)行溶液的配制工作，并且利用儀器選取最佳的工作參數(shù)。

3.1.1 濕式消解法

煙花爆竹燃放后產(chǎn)生多種鮮艷效果的成分是多種無(wú)機(jī)元素燃燒后的煙火效果，煙火劑的無(wú)機(jī)元素也不容易準(zhǔn)確分析，在樣品處理中，煙火劑通常是濃縮的無(wú)機(jī)酸和強(qiáng)氧化劑來(lái)溶解短的無(wú)機(jī)元素。其缺點(diǎn)是酸含量高且呈白色。該方法操作簡(jiǎn)單，使用方便，準(zhǔn)確度高，工作周期短，可處理大量樣品，但容易染色，準(zhǔn)確度低，試劑較多。有時(shí)特別是復(fù)雜的樣品很容易消化不完全。

3.1.2 干灰化法

該方法包括在合適的溫度下，在石英坩堝的馬弗爐中燃燒助燃劑，燃燒去除有機(jī)成分，然后用酸溶解，將微量元素轉(zhuǎn)化為可測(cè)量元素。該方法具有設(shè)備簡(jiǎn)單、溶劑含量低、操作量大等優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)：加熱時(shí)間長(zhǎng)，耗電量大。對(duì)于汞、砷、硒等揮發(fā)性元素的測(cè)定，高溫灰化法容易造成元素?fù)p失，影響結(jié)果的準(zhǔn)確性。因此，這個(gè)方法是不可取的。

3.1.3 溶劑提取法

在煙花爆竹中加入六氯苯、六氯乙烷、沒(méi)食子酸、糊精、聚氯乙烯、氯化石蠟、樹(shù)脂等有機(jī)化學(xué)品，可提高爆燃效果和燃燒速度。為了準(zhǔn)確分析煙火成分的有機(jī)成分，樣品通常采用溶劑萃取法進(jìn)行處理。不同的物質(zhì)在同一溶劑中有不同的溶解度。根據(jù)組分在溶劑中的溶解度，將其全部或部分分離稱(chēng)為溶劑萃取。

3.2 檢測(cè)注意事項(xiàng)

金屬樣品的預(yù)處理方法主要有干石灰法、微波消解法等，但干石灰法耗時(shí)太長(zhǎng)，所需溫度過(guò)高，無(wú)法對(duì)無(wú)機(jī)樣品進(jìn)行相應(yīng)的分解。這樣，可以使用其他方法來(lái)測(cè)試消防火災(zāi)和重金屬的實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，所選樣本通常具有較高的氧化能力來(lái)消化御水、電加熱土壤和微波消解，分別用勞動(dòng)，最后確定，并將測(cè)定結(jié)果幾乎相同。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，應(yīng)考慮方法的精度和相對(duì)偏差。每個(gè)樣品應(yīng)同時(shí)進(jìn)行兩次或兩次以上的試驗(yàn)，試驗(yàn)應(yīng)采用相同的預(yù)處理方法同時(shí)進(jìn)行。通過(guò)相應(yīng)的試驗(yàn)，可以確定最可靠的試驗(yàn)方法。在試驗(yàn)中試驗(yàn)時(shí)間較短的可用于測(cè)定燃燒介質(zhì)中鉛、鉻等元素的含量。

3.3 試驗(yàn)與結(jié)果

3.3.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

①測(cè)試設(shè)備與試劑之間的感應(yīng)耦合。等離子體發(fā)射光譜儀（SeymourICPI6300）、無(wú)水乙醇（分析純）、丙酮（分析純度）、硝酸（分析純）、鹽酸（分析純）、乙二胺四乙酸二鈉（分析純）、煙花樣品;②樣品預(yù)處理。分離和粉碎是在GB/t15813-1995煙花藥物樣品的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上進(jìn)行的。每個(gè)樣品應(yīng)生產(chǎn)一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)存樣品和兩個(gè)平行的非標(biāo)準(zhǔn)樣品，以確定回收率。首先稱(chēng)量1g樣品，放入4號(hào)干砂漏斗中，加入20mL無(wú)水乙醇，每次浸泡過(guò)濾幾次。將過(guò)濾后的渣浸在熱砂漏斗中，靜置5min后取出。將濾液加入超過(guò)500mL的燒杯中，放入引擎蓋中。加入4mL鹽酸，在劇烈反應(yīng)過(guò)程中冷卻樣品。一個(gè)500mL的燒杯在電爐上蒸發(fā)到50mL。冷卻后，用注射器和過(guò)濾膜將濃縮物放入100mL容量瓶中;③標(biāo)準(zhǔn)液體的制備。用HNO3溶液（1+20）在1.0、2.0、5.0和10.0ug/mL的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液中逐步稀釋1000ug/mL Pb、Cu、Ti和Ba的標(biāo)準(zhǔn)溶液。

3.3.2 結(jié)果與討論

樣品預(yù)處理。重金屬樣品的預(yù)處理方法有焚燒、熔融、濕法消化和微波消化。煙火是易燃易爆的，必須小心使用。首先檢查煙火劑的數(shù)量，將反應(yīng)質(zhì)量降低到1g，樣品在盡可能溫和的條件下處理。不使用微波融合和消化。

4 結(jié)束語(yǔ)

由于人們的審美和生活水平不斷提高，使用的煙花變得更大，國(guó)家有關(guān)部門(mén)和煙花制造企業(yè)也需要進(jìn)行相應(yīng)的重金屬檢測(cè);人們?cè)谌挤拧⒂^(guān)賞煙花爆竹的過(guò)程中，也可以采取自己的防護(hù)方法防止一些煙火爆竹可能帶來(lái)的傷害，也防止煙火爆竹威脅人的生活環(huán)境;環(huán)保型的煙花爆竹使人們的生活更加豐富多采。

參考文獻(xiàn)：

[1]蘭雪松.關(guān)于煙花爆竹用煙火藥劑重金屬檢測(cè)方法的研究[J].八一農(nóng)墾大學(xué)校報(bào)，2014（7）：31-32.