微波消解ICP－MS同时测定色母粒中多种重金属元素

周谙非，杨彦丽

(国家食品质量安全监督检验中心，北京，100094)

市场上用于食品包装的塑料制品品种繁多，很多企业为了吸引消费者，使得食品包装的颜色越来越亮丽。这些漂亮的颜色产生是由于在包装生产过程中添加了色母。

色母又名色种，是一种新型高分子材料专用着色剂。它由颜料或染料、载体、分散剂和添加剂4种基本要素组成，是把超常量的颜料或染料均匀地载附于树脂之中而得到的聚集体［1］。但是，一些颜料中本身含有大量重金属元素，或由于污染物导致携带大量重金属元素，若使用含有这些颜料的色母粒生产食品包装，在盛放食品，特别是酸性食品时，这些有害元素会由塑料内部迁移到制品的自由表面上，或迁移到相邻的塑料或溶剂中，导致重金属元素随食物进入人体，并蓄积于人体脏器中，对人体造成危害。

近年来，重金属对人体的危害问题日益受到世界各国的密切关注，很多国家对于与人体接触的各类塑料产品的生产原材料中重金属的含量都进行了严格控制［2］，并已出台一些相关法规及检测方法［3］。而对色母粒中重金属元素的含量的测定，我国目前尚无相应的标准方法。本文采用微波消解ICP-MS进行元素分析，其线性范围宽，基体干扰小，灵敏度高，方法快速准确，是一种较为理想的分析方法。

1 仪器与试剂

1.1 仪器

电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)，Agilent 7500a(安捷伦公司，美国);雾化器，Babington高盐雾化器;雾化室，石英双通道，Peltier半导体控温于(2±0.1)℃;炬管，石英一体化，2.5 mm中心通道;样品锥(镍采样锥和截取锥)，采样锥孔径1.0 mm，截取锥孔径0.4 mm;微波消解仪，CEM MARS5(CEM公司，美国)，包括微波炉，聚四氟乙烯高压消解罐及固定架，具有可编程功能，并可在消解过程中进行压力及温度监控;Milli－Q超纯水系统(密理博公司，美国)。

氩气(市售，纯度不低于99.999%)。

1.2 主要试剂

HNO3，MOS级(默克公司，德国);体积分数5%HNO3，由MOS级HNO3与超纯水配得;双氧水(H2O2)，GR级(北京化工厂);铅、砷、铜、镉单元素标准储备液，浓度均为1 000 mg/L(国家标准物质研究中心);标准调谐溶液，浓度为10.0 μg/L的Li、Y、Ce、Tl、Co 混合标准溶液(5%HNO3介质)(Agilent，Part#5184 －3566)。

在线内标溶液:由浓度为1.0 mg/L的 Li、Sc、Ge、Y、In、Tb、Bi(Agilent，Part#5183 －4680)及浓度为1 000 mg/L的Rh单元素标准储备液(国家钢铁研究总院)混合配制，介质为5%硝酸);标准溶液系列由标准储备液逐级稀释配制，介质为5%硝酸;超纯水，电阻率≥18.2(MΩ·cm)，由Milli-Q超纯水系统制得;成分分析标准物质:聚丙烯塑料标准物质ERM EC680和 ERM EC681。

2 实验方法

2.1 样品前处理

准确称取制备均匀的色母粒样品0.3～0.5 g(准确至0.000 1 g)于酸煮洗净的PTFE(聚四氟乙烯)高压消解罐中，加入5.0 mL浓HNO3和2.0 mL H2O2。按照优化的微波消解程序进行样品消解。消解完毕，冷却至室温，将样品消解液以超纯水少量多次转移至100 mL比色管中，定容至刻度，摇匀，待测。(若消解液中残渣较多，则需沉降30 min后再进行测定。)

以同样方法做试剂空白。

2.2 标准曲线配制

以5%硝酸溶液将铅、砷、铜、镉等元素的标准储备液分别逐级稀释，最终配制成铅、砷、镉元素浓度分别为 5.0、10.0、20.0、50.0 μg/L，铜元素浓度分别为50.0、100.0、200.0、500.0 μg/L 的混合标准溶液系列。

2.3 仪器工作条件

射频功率、载气流速、采样深度等是ICP-MS的重要工作参数。工作条件优化实验以灵敏度、信背比和分辨率等为考察指标，采集10.0 mg/L标准调谐溶液 (Agilent，Part#5184－3566)，对仪器条件进行了自动优化。具体工作参数如表1所示。

表1 仪器工作条件

2.4 样品的测试

在优化的仪器工作条件下，利用Y混合器在线加入内标溶液，以5%硝酸溶液作为空白，采集空白及混合标准溶液系列，仪器自动绘制标准曲线;同样以内标溶液在线加入的方式对样品空白溶液及消解液进行测定。

3 结果与讨论

3.1 样品前处理方法的选择

微波消解是近年来发展较快的一种高效的样品预处理技术。它采用全密封的聚四氟乙烯消化罐高温高压消化，即样品在密闭容器中较高压力、温度、强酸和氧化剂作用下通过微波加热使样品高效快速消解。此方法具有样品消解快，试剂消耗少，空白值低，消化过程无玷污，回收完全等优点，基本避免了样品污染和元素损失，保证了测定结果的准确可靠。一次消解可以满足多种元素测定，是目前理想、成熟的样品前处理方法［4］。

由于色母粒基体中含有大量的发色物质及树脂等高分子成分，采用一般的混酸湿法消解及微波中压消解，不能彻底将这些大分子有机物破坏，使得待测元素被包裹于基体中，无法达到待测元素与基体完全分离，造成测定结果偏低。本实验采用高压密闭微波消解罐进行消解，取得了较为理想的效果。所用微波消解程序如表2所示。

表2 微波消解程序

3.2 实际样品的测定

按2实验方法，对表3所列2种色母粒样品中铅、砷、铜、镉等元素的含量进行了测定。结果如表3所示。

表3 色母粒样品的测定结果(n=7) mg/kg

3.3 样品加标回收实验

分别取上述色母粒样品作为本底，进行各个元素加标回收测定。其中，铅元素加标量为6.00 mg/kg，砷元素加标量为1.00 mg/kg，铜元素的加标量为50 mg/kg，镉元素加标量为2.00 mg/kg。测定结果见表4。

表4 样品加标回收实验(n=7)

3.4 方法检出限

在优化的实验条件下，取样品的试剂空白溶液，进行11次平行测定，计算出各元素的检出限，其结果如表5所示。

表5 方法检出限 μg/kg

3.5 标准物质的分析

为了进一步验证方法的准确性及可靠性，分别于不同时间，取聚丙烯塑料标准物质ERM EC680和ERM EC681，按照表2所示的微波消解程序进行样品前处理并进行了测定。与其参考值相比较，符合性较好，且其重现性也较为满意(见表6)。

表6 标准物质的分析(n=7)

［1］ 色母粒专题［J］．中国塑料，2008，22(10):100－103.

［2］ 王岩，韦璐，靳春林，等.塑料原料中有害重金属铅、镉、汞的测定［J］．工程塑料应用，2004，32(9):50－53.

［3］ 刘崇华，曾嘉欣，钟志光，等.电感耦合等离子体原子发射光谱法测定塑料及其制品中铅、汞、铬、镉、钡、砷［J］．检验检疫科学，2007，17(4):32－35.

［4］ 李燕群.原子吸收光谱法在重金属铅镉分析中的应用［J］．冶金分析，2008，28(6):33－41.