超級微波消解-ICP-MS 測定紡織品中8 種重金屬元素

陳濤

（上海天祥質量技術服務有限公司，上海200233）

0 引言

紡織品中重金屬主要來源于加工過程中引入的污染，少量來源于天然原料生長過程中從自然界土壤中的吸收和富集[1]。這些重金屬一旦被人體吸收，容易在腎、肝、骨骼、腦及心臟等器官中積累，從而對人體造成極大的危害。因此，紡織品中有害重金屬元素的檢測越來越受到人們的重視。

目前，國內對紡織品中重金屬含量的測定主要參照GB/T 17593.1—2006《紡織品 重金屬的測定第1 部分：原子吸收分光光度法》、GB/T 17593.2—2007《紡織品 重金屬的測定 第2 部分：電感耦合等離子體原子發射光譜法》、GB/T 17593.3—2006《紡織品 重金屬的測定 第3 部分：六價鉻分光光度法》、GB/T 17593.4—2006《紡織品 重金屬的測定 第4 部分：砷、汞原子熒光分光光度法》等標準執行。雖然這些標準都可用于可萃取重金屬的測定，但是卻缺乏對重金屬總量的測定[2]。因此，為尋求一種有效、快速地測定紡織品中重金屬元素總量的方法迫在眉睫。

本文用ICP-MS 測定紡織品中的重金屬含量，應用全新的超級微波法消解樣品，并與傳統微波消解效果進行對比，希望為大批量紡織品重金屬總量的測定研究出一種快速、高效和準確的測定方法。

1 試驗部分

1.1 儀器與試劑

儀器：電感耦合等離子體質譜儀，安捷倫7800，帶八級桿碰撞反應池和霧室溫控系統；超級微波消解系統，安東帕Multiwave 7000，帶24 位樣品支架（石英微波管）與控壓系統；傳統微波消解系統，邁爾斯通ETHOS ONE，帶10位樣品轉子（聚四氟乙烯微波管）與控溫系統；趕酸儀，萊伯泰科ED16；電子分析天平，梅特勒PL203，精確至0.000 1 g。

試劑：濃硝酸，默克公司，優級純，質量分數為65%；過氧化氫，國藥集團，優級純，質量分數為30%；去離子水，符合GB/T 6682 規定的一級水要求；鉛（Pb）、鎘（Cd）、汞（Hg）、砷（As）、鉻（Cr）、銻（Sb）、錫（Sn）、鋅（Zn）8種元素標準溶液和鈧（Sc）、釔（Y）、銦（In）和錸（Re）4種內標元素標準溶液，美國Accustandard公司，質量濃度為1 000 mg/L。

1.2 標準工作溶液配制

分別吸取7 種元素（Pb、Cd、As、Cr、Sb、Sn、Zn）標準溶液1 mL 于同一只100 mL 的容量瓶中，用質量分數為2%的硝酸溶液稀釋至刻度，得到10 mg/L的中間液 A；再吸取 10 mL 中間液 A 于 100 mL 容量瓶中，用質量分數為2%硝酸溶液稀釋至刻度，得到1 mg/L 的中間液B；然后依次吸取 0.5、1、2、5 和10 mL 中間液B 分別于100 mL 容量瓶中，用質量分數為2%的硝酸溶液稀釋至刻度，分別得到0.005、0.01、0.02、0.05和0.1 mg/L系列標準工作溶液1。

吸取1 mL Hg標準溶液于100 mL容量瓶中，用質量分數為2%的硝酸溶液稀釋至刻度，得到10 mg/L 的中間液 C；再吸取 1 mL 中間液 C 于100 mL 容量瓶中，用質量分數為2%的硝酸溶液稀釋至刻度，得到0.1 mg/L 的中間液D；然后依次吸取 0.1、0.5、1、2 和 5 mL 中間液 D 分別于 100 mL容量瓶中，用質量分數為2%的硝酸溶液稀釋至刻度，得到 0.000 1、0.000 5、0.001 0、0.002 0 和0.0050mg/L系列標準工作溶液2。

分別吸取 0.1 mL Sc、Y、In和Re 4 種內標元素標準溶液于1 000 mL容量瓶中，用質量分數為2%的硝酸溶液稀釋至刻度，得到0.1 mg/L的內標工作溶液。

1.3 樣品前處理

預先用潔凈的剪刀等工具將待測的紡織品樣品制備成小的碎片，以備測試。

1.3.1 超級微波消解

準確稱取0.2 g 樣品（精確至0.000 1g）于石英微波管中，加入2.8 mL濃硝酸和0.2 mL雙氧水。將微波管放入微波消解系統中，按照表1程序進行消解。待消解結束后冷卻至室溫，用去離子水定容至25 mL，并用0.45 μm水相濾膜過濾，然后進行ICPMS測試。

表1 超級微波消解程序

1.3.2 傳統微波消解

準確稱取0.2 g 樣品（精確至0.000 1g）于聚四氟乙烯微波管中，加入9 mL濃硝酸和1 mL雙氧水，待反應完全后用封蓋工具擰緊蓋子和容器，并置于微波消解系統中，按照表2程序進行消解。待消解結束后將微波管放入趕酸儀中進行趕酸，待樣品溶液趕酸至1～2 mL后冷卻至室溫，用去離子水定容至25 mL，并用0.45 μm水相濾膜進行過濾，然后進行ICP-MS測試。

表2 傳統微波消解程序

1.4 儀器分析條件

射頻功率：1 550 W。

等離子體氣體流量：15 L/min。

霧化器氣體流量：1.00 L/min。

冷卻水流量：1.00 L/min。

霧化室溫度：2.0 ℃。

蠕動泵流速：0.5 mL/min。

樣品測定次數：3次。

此外，儀器調諧參數詳見表3，各元素的質量數及內標的選用詳見表4。

表3 儀器調諧參數

表4 元素的質量數及內標元素

2 結果與討論

2.1 標準工作曲線

按照儀器的分析條件，設置測試方法，運行標準工作溶液1 和標準工作溶液2 及內標工作溶液。8 種元素的線性方程及相關系數見圖1。由圖1 可以看出，各元素的線性相關系數均大于0.999，能很好地滿足測試要求。

圖1 8種元素的線性方程及相關系數

2.2 兩種微波消解方法的結果比較

通過ICP-MS運行標準工作溶液所建立的校準曲線來測定待測樣品中8 種元素的含量。本試驗對棉布和化纖布兩種不同的紡織品樣品中加入不同質量濃度的混合標準溶液，且添加的質量濃度分別為低質量濃度0.001 mg/L、中質量濃度0.01 mg/L和高質量濃度0.05 mg/L（其中Hg 的添加質量濃度為低質量濃度0.000 1 mg/L、中質量濃度0.001 mg/L和高質量濃度0.005 mg/L），每個樣品進行3次平行試驗。兩種不同的紡織品樣品的加標回收率及相對標準偏差（RSD）見表5和表6。

由表5 和表6 可知：超級微波消解棉布的加標回收率為90.8%～98.6%，相對標準偏差為0.5%～4.7%；消解化纖布的加標回收率為90.1%～98.4%，相對標準偏差為0.8%～4.2%。而傳統微波消解棉布的加標回收率為85.8%～94.8%，相對標準偏差為0.9%～4.2%；消解化纖布的加標回收率為85.2%～94.7%，相對標準偏差為0.8%～5.0%。所測結果的相對標準偏差均在0.5%～5.0%，完全能滿足測試要求。此外，從加標回收率結果可知，超級微波的消解效果明顯要好于傳統微波的消解效果，可能是由于超級微波的消解溫度（235 ℃）明顯高于傳統微波的消解溫度（180 ℃），使得樣品消解得更加徹底。

表5 超級微波消解8種元素的加標回收率及相對標準偏差

表6 傳統微波消解8種元素的加標回收率及相對標準偏差

超級微波處理每個樣品的用酸量為3 mL，而傳統微波則為10 mL。同時，超級微波每批處理樣品的時間為45 min，且每批可同時處理24 個樣品，操作非常簡單（所有微波管均放在一個腔體內）；而傳統微波每批處理樣品的時間為60 min，且每批只能同時處理10個樣品，操作十分繁瑣（每個微波管都是相互獨立的，拆裝起來很麻煩）。最重要的是，超級微波帶有壓力控制系統，壓力達到上限后可以自動泄壓，操作過程非常安全；而傳統微波則是通過溫度控制系統來調節的，對于某些特定的樣品（如橡膠等樣品），在達到一定的溫度時會發生劇烈反應，很可能導致爆管，甚至帶來火災等安全隱患。

2.3 方法檢出限和定量下限

根據樣品的測試方法，同時制備7個質量濃度為0.000 5 mg/L的樣品加標溶液（相應的Hg的加標質量濃度為0.000 05 mg/L），置于ICP-MS儀器中測試。其中，檢出限的測定方式是以3倍加標質量濃度的標準偏差（SD）來計算的，定量下限則是以10倍加標質量濃度的標準偏差來計算的。最終所得8種元素的檢出限為0.01～0.3 mg/kg，定量下限為0.03～1.0 mg/kg，完全能滿足紡織品中金屬元素的測試要求。

3 結論

（1）相對于傳統微波消解的方式，超級微波消解的方式具有更加明顯的優勢。

（2）超級微波消解的效果好、用酸量少、消解時間短、處理樣品量大且安全性高。利用超級微波消解-ICP-MS 法，可以快速、準確地測定紡織品中的重金屬元素。