石墨炉原子吸收光谱法测定碳纤维中微量元素铅的含量

牛洪亚，薛 嵩，魏 宁

(1.中国平煤神马集团汝州电化有限公司，河南汝州 467500;2.江苏省化工设计院有限公司，江苏徐州 221000;3.国家煤炭质量监督检验中心(西安)，陕西西安 710054)

0 引言

碳纤维是一种影响质量因素极其复杂、生产过程非常精细的产品［1］。碳纤维具有轴向强度、模最高，抗疲劳、耐腐蚀、导电导热性良好等优点，但其耐冲击性较差［2］。所以，一般不单独使用。常作为增强材料与树脂、金属、陶瓷等制成性能复合材料［3］。例如用碳纤维制造的增强塑料质地强而轻、耐高温、防辐射、耐水、耐腐蚀，是制造空间飞行器、海空军器材以及化工耐腐蚀设备等的优良材料。这些优秀特性是和碳纤维内部的结构和各种微量元素含量密切相关的。对纤维中微量元素的测定，原有的原子发射法、分光光度法等消耗大，成本高，用人多，工作效率低，而且结果准确性差。

为提高产品质量，稳定工艺控制，开展碱纤维素中金属元素分析方法的研究是及其必要的，对指导生产有着十分重要的意义。本文采用了石墨炉原子吸收光谱法，加入基体改进剂，对生活用纤维中的痕量元素进行了分析，该方法简便快速、结果准确、灵敏度高、稳定性好。

1 实验部分

1.1 实验仪器与试剂

1.1.1 仪器

GTA－120石墨炉，美国 VARIAN公司;PSD120自动进样器;SpectrAA－240原子吸收分光光度计，美国VARIAN公司;D2氘灯背景校正;Pb空心阴极灯;热解涂层石墨管;KS－300D型超声波清洗器，宁波科生仪器厂;Up900型超纯水器，Human公司。

1.1.2 试剂

碳纤维，河南煤化集团永煤碳纤维公司;Pb标准溶液，中国计量科学研究院，浓度为1 000 g/L，逐级稀释至所需的标准工作溶液50 g/L。稀释液为1%HNO3(体积比);基体改进剂:5 g/L磷酸二氢铵(分析纯)和2 g/L氯化钯(分析纯)。HNO3、过氧化氢为分析纯，其他试剂均为优级纯，水为二级去离子水。所使用的玻璃仪器均用洗涤剂于超声波清洗仪洗净，水冲洗干净晾干，再浸泡于10%HNO3洗液中24 h以上，水冲洗数遍，晾干，备用。

1.2 实验方法

1.2.1 仪器工作条件

波长283.3 nm，狭缝0.4 nm，灯电流 7 mA，D2氘灯扣除背景，99.999%高纯氩气为保护气，氩气环境:10 μL;样品进样 20 μL，基体改进剂进样 5 μL，直接加入石墨管，采用自动进样器一次进样;测量模式:峰高吸光度定量，标准曲线法计算。石墨炉升温程序见表1。

表1 石墨炉自动升温程序

1.2.2 样品处理

烧杯中取碳纤维样100 mL，加入硝酸 5～10 mL，过氧化氢2～5 mL，在电热板上蒸发至干，取下，加适量去离子水，硝酸0.5 mL使盐类溶解。稀释至刻度，摇匀。放入自动进样器试剂位置，按表1条件进行测定［4－5］。

1.2.3 校正曲线

仪器自动将50 μg/L标准工作溶液用超纯水稀释为 0.0、5.0、10.0、15.0、20.0、25.0、30.0、40.0 μg/L系列铅标，建立标准曲线。线性范围Pb:0～60 μg/L铅工作曲线的相关系数为0.999 4。

1.2.4 样品测定

将样品装入样品杯中，仪器分别自动吸入20 μL样液，5 μL基体改进剂测定，记录结果。

2 结果与讨论

2.1 灯电流的影响

实验证明，选择合适的空心阴极灯灯电流，可得到较高的灵敏度与稳定性。从灵敏度考虑，灯电流宜用小，但灯电流太小，灯放电不稳定。从稳定性方面考虑，灯电流要大。经实验证明当灯电流强度为7 mA时，吸光度值最佳，所以，本实验选用7 mA。

2.2 灰化温度和原子化温度

试验中，铅的灰化温度在1 000～1 100℃，原子化温度在2 000～2 300℃时，测定的数据稳定。在保证准确测定的前提下，选择高的灰化温度有利于干扰成分在灰化时挥发，选较低的原子化温度有利于延长石墨管的使用寿命。故测铅选定灰化温度1 050℃，原子化温度为2 150℃。

2.3 基体改进剂

碳纤维样品中的基体成分较为复杂，尤其是钾、钠、钙、镁的含量较高，对石墨炉测定重金属有很大的干扰，直接测定时的铅回收率仅20% ～30%。所以消除实验中杂质的干扰很关键，本文通过加入基体改进剂消除基体干扰是较好的一种方法。试验中加入磷酸盐、钯盐作为基体改进剂时，磷酸根可与铅络合为较稳定分子，可提高灰化温度并使信号稳定，温度升至较高时不分解挥发，从而可以提高灰化时的温度，使大部分干扰成分在灰化时挥发。采用钯盐作为基体改进剂时，铅的灰化温度可由800℃提高1 000℃，铅很少损失，而氯化钠基体干扰基本消除，背景吸光度值较小，经D2氘灯扣除背景可获满意结果［6］。

2.4 方法检出限

用1.0 μg/L的铅标准工作溶液和空白液按实验方法各测20次，求得检出限为0.1 μg/L。

2.5 精密度实验

平行称取5份碳纤维样品，按本试验方法，在所选的工作条件下，测定铅的含量，结果见表2。由表2可知，采用石墨炉原子吸收光谱法测定碳纤维中铅的含量的方法具有良好的精密度。

表2 水样铅含量重复精密度测定

2.6 准确度实验

取碳纤维样品按实验方法进行回收试验，回收率计算式:回收率 =［加标样品的含量－样品理论含量(重复性中得到的平均含量)］/标准品加入量;结果见表3，铅的回收率在94.0% ～102.0%之间，具有良好的准确度。

表3 铅的回收率测定

3 结束语

采用磷酸盐、钯盐作为基体改进剂，用石墨炉原子吸收法将样品用稀酸溶解后直接进样测定，省去了通常必须的干灰化过程，避免了待测元素的污染和损失，加快了分析速度，消除了钾、钠、钙、镁在石墨炉测定铅过程中的高背景干扰，提高了检测灵敏度和准确性，此法可以很好的适用于工业范围内铅的测定，对于碳纤维的生产加工具有重大的指导意义。

［1］Harvey D.Modern analytical chemical［M］.First Edition.McGraw Hill:James M.Smith，2000:298－305.

［2］Zhang C X，Zhou G J.Analytical Chemistry［M］.First Edition.New York:Scientific Publishing Company，1999:298－320.

［3］高 艳.原子吸收光谱法测定碱纤维素中金属元素［J］.广东化工，2010，37(5):208－209.

［4］冯 利，陈中兰，曾淼.石墨炉原子吸收法测定美白化妆品中铅和镉，分析科学学报［J］，2008，24(4):462～463.

［5］国家环境保护总局《水与废水监测分析方法》编委会［M］.水和废水监测分析方法(第四版)，北京:中国环境科学出版社，2002.

［6］Khalili N R，Vyas J D，Eeangkaew W，et al.Synthesis and characterization of activated carbon and bioactive adsorbent produced from paper mill sludge［J］.Separation and Purification Technology，2002，26(2/3):259－304.