微波消解電感耦合等離子體發(fā)射光譜法測定金屬中鉛和鎘

孫國明

（山東省第一地質(zhì)礦產(chǎn)勘查院，山東 濟(jì)南 250014）

在目前社會當(dāng)中，金屬的應(yīng)用十分廣泛，但金屬當(dāng)中蘊(yùn)含的重金屬卻具有非常巨大的危害性，包括鉛和鎘等，在很多西方國家都針對金屬當(dāng)中的重金屬含量進(jìn)行明確的規(guī)定，且歐盟也針對電氣電子設(shè)備的重金屬含量設(shè)置了2002/95/EC指令，我國同樣也會在該方面頒布相應(yīng)的管理?xiàng)l例，避免進(jìn)口電子垃圾，因此，對一些進(jìn)出口的電氣、玩具以及包裝等產(chǎn)品中金屬部件的鉛、鎘含量進(jìn)行準(zhǔn)確的測定，是非常有必要的[1]。

1 實(shí)驗(yàn)部分

微波溶樣技術(shù)是一種較為先進(jìn)的樣品處理技術(shù)，其主要優(yōu)點(diǎn)包括溶樣能力強(qiáng)、污染低、無損失且速度快，在國內(nèi)外的樣品消解處理中的應(yīng)用十分廣泛，但在金屬樣品的消解方面卻少之又少，因此，對微波消解技術(shù)加以應(yīng)用完成溶樣處理，并采用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀對各種金屬當(dāng)中蘊(yùn)含的鉛和鎘進(jìn)行測定，能夠在1h當(dāng)中實(shí)現(xiàn)樣品的消解，并且可以獲得很好的效果。

（1）溶液和試劑。A.R.級試劑包括濃H2SO4、H2O2、HCIO4、HNO3；水主要是蒸餾水，是由MiLLI-Q超純水器處理以后獲得。標(biāo)準(zhǔn)溶液：主要有濃度為1mg/mL的國家標(biāo)準(zhǔn)溶液，包括單元素的Pb和Cd；以10%的HNO3為基體，經(jīng)過逐級稀釋配置混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，其工作曲線線性在相關(guān)系數(shù)方面都高于0.999。

（2）微波溶樣方法。將磨碎的金屬稱取0.1g作為試樣，并將其放置在聚四氟乙烯微波消解罐當(dāng)中，在其中加入HCIO41.5mL、H2O21mL、濃HNO36mL，根據(jù)溫度變化開展微波消解活動，在電熱板上放置消解液，進(jìn)行加熱處理，將過量的HNO3趕除，完成定容的轉(zhuǎn)移，直到10mL進(jìn)行待測處理，與試樣共同進(jìn)行空白試驗(yàn)[2]。

（3）ICP-AES測試條件。使用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀對金屬當(dāng)中的鉛含量及鎘含量進(jìn)行測定的工作條件，鉛的分析線為220.353nm，鎘的分析線為214.440nm。

2 結(jié)果與討論

（1）選擇微波溶樣酸。金屬具有很多品種，對用在電氣、玩具以及包裝的ABS、PVC、PS以及PP等常用金屬樣品進(jìn)行消解試驗(yàn)，為了將有機(jī)基體徹底破壞，需要將強(qiáng)氧化劑加入到強(qiáng)酸當(dāng)中，本文使用的混合消解液為HNO3+H2O2。經(jīng)過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，使用該混合消解液能夠?qū)⒋蠖鄶?shù)金屬完全消解，但分解ABS具有一定的困難性，因此，將H2SO4、HClO4以及HCI加入到混合液當(dāng)中進(jìn)行試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)加入HClO4以后能夠獲得最佳效果，因此決定選用HClO4組成新的消解液，即HNO3+H2O2+HClO4。

（2）HClO4用量對消解效果的影響。將ABS作為試驗(yàn)樣品，考慮到主控罐在溫度測量方面的需要，使用的消解液體積不能少于6mL，因此，將HNO3和H2O2固定為6mL和1mL，將HClO4的用量設(shè)置為0.5mL、1.0mL、1.5mL進(jìn)行消解試驗(yàn)，出于安全考慮，使用的HClO4總量在酸體系當(dāng)中不得高于20%的比重，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，HClO4劑量增加以后，沉淀量會隨之減少，ABS的消解效果會逐漸提升，所以，最終將HClO4的用量設(shè)置在1.5mL。

（3）消解時(shí)間、溫度以及微波程序的確定。由于根據(jù)溫度的設(shè)定以及監(jiān)測主控罐獲得的溫度信號反饋能夠使微波消解系統(tǒng)完成功率的自動控制，其微波程序主要分為兩個(gè)階段，分別是升溫階段和恒溫階段，而恒溫時(shí)間和具體溫度是最為重要的兩個(gè)參數(shù)，設(shè)定升溫時(shí)間為10min。

恒溫時(shí)間固定，將恒溫溫度設(shè)置在200℃、210℃和220℃進(jìn)行消解試驗(yàn)，需要注意的是恒溫溫度不宜過高，否則會導(dǎo)致消解罐損壞，試驗(yàn)結(jié)果表明，升高恒溫溫度會使沉淀量逐漸減少，ABS的消解效果逐漸提升，因此，將恒溫溫度設(shè)定在220℃。將恒溫時(shí)間改為20min、30min、40min以及50min，試驗(yàn)結(jié)果表明，延長恒溫時(shí)間，沉淀量也會隨之減少，消解50min以后溶液呈現(xiàn)透明、澄清的狀態(tài)，樣品完全被消解，所以，將恒溫時(shí)間設(shè)為50min。

（4）酸度對ICP測定的影響。在酸度條件不同的情況下，使用ICP對Cd和Pb的分析線發(fā)射強(qiáng)度進(jìn)行測定，根據(jù)相關(guān)內(nèi)容可以發(fā)現(xiàn)，ICP具有良好的酸效應(yīng)，30%的HNO3介質(zhì)能夠使結(jié)果偏低20%，而使用消解液進(jìn)行的微波消解最后仍然會有較多的酸殘留下來，因此，必須將消解液當(dāng)中多余的酸除去，本文在電熱板上設(shè)置消解液進(jìn)行較熱處理，將過量的HNO3趕除至1mL以后，并不會對ICP測定造成影響。

（5）方法檢出限。根據(jù)確定以后的樣品測定方法進(jìn)行多次試劑空白測定，要保證全過程測定，結(jié)合測定結(jié)果標(biāo)準(zhǔn)的3倍偏差對檢出限進(jìn)行計(jì)算，其中Pb為0.05mg/L,而Cd則為0.006mg/L，根據(jù)最終的樣品定容體積和稱樣量能夠計(jì)算出準(zhǔn)確的樣品檢出限，即Pb為0.5mg/Kg，Cd為1mg/Kg，能夠達(dá)到國際相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求。

（6）精密度和回收試驗(yàn)。對各金屬樣品進(jìn)行加標(biāo)回收試驗(yàn)，標(biāo)準(zhǔn)的雙元素加入量為1g/mL進(jìn)行回收率的計(jì)算，同時(shí)，對含有Pb和Cd的熟料樣品進(jìn)行測定，測定分7次平行進(jìn)行，將相對的標(biāo)準(zhǔn)偏差計(jì)算出來，具體結(jié)果如表1所示。

表1 精密度及回收試驗(yàn)結(jié)果（n=7）

（7）樣品測定及與其他方法的結(jié)果對比。以國際水平為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測定計(jì)劃，使用本文擬定的EN1122標(biāo)準(zhǔn)方法與高溫灰化法對兩份金屬樣品進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)使用高溫灰化法進(jìn)行消解處理，會出現(xiàn)較為嚴(yán)重的元素?fù)p失，其中的Cd損失嚴(yán)重以至無法檢出，而使用EN1122方法雖然能夠?qū)d準(zhǔn)確的測定出來，但在Pb的檢測當(dāng)中卻并不適用，使用微波消解法測得量元素結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)值基本一致，對于金屬當(dāng)中的鉛、鎘含量測定具有良好的效果。

3 結(jié)語

經(jīng)過實(shí)際的分析實(shí)驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)，使用微波消解電感耦合等離子體發(fā)射光譜法對金屬當(dāng)中的鉛、鎘含量進(jìn)行測定，能夠獲得較高測定效率和測定質(zhì)量，相關(guān)人員應(yīng)該針對該項(xiàng)測定方法進(jìn)行深入的研究，不斷提升自身的測定水平，使測定質(zhì)量始終能夠滿足國家標(biāo)準(zhǔn)的要求。

[1]王艷澤,張學(xué)凱.微波消解-電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法測定聚丙烯塑料中的鉛鎘汞鉻[J].冶金分析,2013,28(2):55-58.

[2]黃慶君.微波消解——電感耦合等離子發(fā)射光譜法測定塑料中的鎘[J].電子世界,2012(11):61-62.