石墨爐原子吸收光譜法 檢測聚陰離子纖維素中的鎳含量

張學剛，劉華沙，陳翔宇，陸楊洋(中海油田服務股份有限公司，天津 300459)

0 引言

聚陰離子纖維素可以廣泛用于石油、涂料、日化、食品和紡織行業等，隨著油田開發、建材、食品、藥品、化妝品以及日化品等行業領域的不斷發展，聚陰離子纖維素的用量在逐年增加。隨著其應用領域的不斷拓展，目前，市場對聚陰離子纖維素的需求量達到了每年上萬噸的規模，并以不低于10%/年的速度增長[1-2]。聚陰離子纖維素應用于不同的行業領域，所產生廢棄物的方式不同，但都不可避免地會進入人類生存環境。在人類日常生活中，以日化、食品及紡織等行業的應用中，更是與人類的健康息息相關。聚陰離子纖維素多為富含天然纖維素的植物經過工藝處理化學改性制成水溶性纖維素醚類衍生物，而植物生長會吸收土壤中的鎳元素并富集。人類對鎳的過度接觸和積累會對健康造成影響，目前國際癌癥研究機構將鎳化合物歸為Ⅰ類致癌物，金屬鎳被歸為2B類致癌物[3-4]。因此，對聚陰離子纖維中重金屬鎳的監測對人類健康及環境保護具有重要意義。隨著現代光、機、電和算等各專業領域技術的進步，原子吸收光譜儀由于其分析檢測靈敏度高，檢出限低，選擇性和精密度良好，以及高的自動化程度和強的抗干擾能力，加之操作簡便，成為了衡量和超痕量元素分析測定的利器[5]。

本文通過室內評價采用簡單方便的梯度溫控干法灰化前處理方法處理樣品，不使用基體改進劑，通過石墨爐原子吸收光譜法測定聚陰離子纖維素中的鎳的含量，并對加標回收率和重復性進行實驗比對，回收率在90%～110%之間，相對標準偏差小于5.0%。實驗結果證明，該方法操作簡單便捷，結果測定的靈敏度和精密度能夠滿足分析檢測要求。

1 實驗部分：

1.1 儀器設備與試劑

賽默飛世爾ICE 3500原子吸收光譜儀，配置GFS石墨爐及SOLAAR32數據工作站；鎳空心陰極燈；熱解涂層石墨爐；GFS自動進樣器；天平：精度為0.000 1 g；高溫馬弗爐：溫度穩定性(滿量程) 0.2%FS，額定溫度1 300 ℃；恒溫烘箱：額定溫度200 ℃，控溫精度3 ℃；玻璃抽濾瓶：500 mL；濾膜：聚醚砜濾膜PES，0.45 μm；蒸餾水：符合GB/T 6682一級水的規定；硝酸：優級純，含量68%；鎳AAS標準液(經國家認證并授予標準物質證書)：100 mg/L ，溶于5%硝酸。

10%硝酸溶液：吸取14.6 mL硝酸，加蒸餾水稀釋定容至100 mL。

0.5%硝酸溶液：吸取7.3 mL硝酸，加蒸餾水稀釋定容至1 000 mL。

梯度標準曲線溶液：鎳AAS標準液采用逐級稀釋法，將鎳AAS標準液稀釋至20 μg/L，再由設備自動稀釋配制為4、5、6、7 μg/L。

所有使用的玻璃器皿經10%硝酸溶液浸泡超過12 h，蒸餾水清洗烘干后備用。

1.2 試驗方法

載氣：高純氬氣，純度大于等于99.99%，流量大于300 mL/min，縱向賽曼背景校正，氘燈扣除背景；分析鎳元素進樣體積為：20 μL；鎳元素燈參數如表1所示，石墨爐升溫程序如表2所示。每次進行試樣分析前，需對儀器進行光譜儀光路校準和進行空燒石墨管，確定石墨管干凈未被污染。

表1 鎳元素燈參數

表2 鎳元素對應的石墨爐升溫程序

1.3 實驗步驟

1.3.1 樣品處理

將需要測試的樣品稱取30 g(精確至0.02 g)陶瓷研缽研磨無肉眼可見大顆粒，置于105±3 ℃恒溫烘箱內烘干至恒重。稱取約10 g烘干試樣(精確至0.000 2 g)，置于事先清潔并干燥至恒量的瓷坩堝(處理方法：10%硝酸溶液浸泡三次，蒸餾水洗凈后，高溫爐900±25 ℃灼燒1 h至恒重備用)中，在電阻絲爐(室溫逐漸升溫至400±25 ℃)上炭化至無可見揮發煙。再置放入事先預熱至300±10 ℃高溫馬弗爐，以10 ℃/min溫度梯度升溫至700±25 ℃后恒溫持續2 h，試樣呈白灰色。關閉電源。冷卻至溫度低于200 ℃移入干燥器再冷卻至室溫，加100 mL 0.5%硝酸溶液充分攪拌溶解坩堝內剩余物，轉移至250 mL燒杯內，用0.45 μm的濾膜進行過濾，得到澄清透明的濾液，將濾液轉移至500 mL容量瓶中，用0.5%硝酸溶液定容。

1.3.2 樣品測試

在樣品測試之前，確定氬氣氣源壓力穩定在0.10±0.01 MPa；確定冷卻水潔凈，打開循環水系統開關，設定溫度，流量及壓力，水溫在5～30 ℃之間，壓力在0.01～0.69 MPa，最小流量為 0.7 L/min；打開光譜儀，計算機以及石墨爐電源，開啟排風系統；棉簽清除石墨爐體內污染物；棉簽清潔溫度控制系統透鏡及窗口；將新的石墨管進樣孔朝上置入爐頭內，并關閉爐頭，對準進樣孔位置；確定分析元素的空心陰極燈已經安裝，并預熱元素燈后取定容后的樣品溶液適量加入自動進樣器樣品杯，再放置20 μg/L鎳標準物質溶液、蒸餾水及空白樣溶液適量于自動進樣器樣品杯內并記錄對應放置序號。設置設備參數，儀器自動完成分析。

2 結果與討論

2.1 實驗結果

由儀器配置的數據工作站軟件計算得到元素的標準曲線方程、特征濃度及鎳含量如表3所示。

表3 標準線性曲線方程及測定值

試樣中鎳含量C的計算按照公式[6](1)計算：

式中：C為樣品中鎳的含量(mg/kg)；a為樣品溶液中鎳的質量濃度(μg/L))；a0為空白溶液中鎳的質量濃度(μg/L))；V為樣品溶液的定容體積(mL)；m為樣品的質量(g)；1 000為換算系數。

由表3可見，試驗測定的結果對比在重復性條件下獲得的獨立測定結果的絕對值超過算術平均值小于5.0%，在0～20 μg/L范圍內與吸光度有好的線性關系，標準工作曲線相關系數大于0.999，精準度高。

2.2 精密度和加標回收率

2.2.1 檢出限

測定鎳元素濃度為0.0、1.0、3.0、5.0 μg/L的信號響應值，確定標準工作曲線，曲線的相關系數大于0.995[7]。依據GB/T 27417—2017 中檢出限和定量限[7]及JJF 1574—2016中的推薦方法和要求[8],在鎳元素的檢測條件和參數下，對空白溶液連續測定11次，計算測定結果的相對標準偏差，并由3倍的標準偏差確定檢出限，結果如表4所示。

表4 檢出限測定

2.2.2 加標回收率及RSD

用樣品溶液進行鎳元素的加標回收率實驗及精密度實驗，驗證方法的可靠性。每個試驗樣品均做三平行，每個平行樣品連續測定3次，計算加標回收率及相對標準偏差(RSD)[9-11]，計算結果如表5所示。

由表5見，加標回收率達到90%～110%范圍之內，測定結果的相對標準偏差小于5.0%(n=3)。

表5 鎳測定加標回收率及RSD

3 結語

本文建立一種使用石墨爐原子吸收光譜法檢測聚陰離子纖維素中鎳元素的含量的方法，結合材料的特性采用梯度溫控干法灰化。這能滿足并簡化該種樣品預處理步驟，檢出結果的重復性好，檢出限低以及加標回收率滿足分析方法測定需要，證明本方法可滿足聚陰離子纖維素中重金屬鎳含量的檢測。