油漆中重金属元素分析方法研究进展简

油漆中重金属元素分析方法研究进展

吴静霞 , 姚晨岚

(上海市质量监督检验技术研究院 ， 上海市201114)

摘要：按分析所使用的仪器类型不同，介绍了油漆中重金属铅、镉、汞、砷、铬、锑、硒和钡的测试方法，最后对油漆中这八种重金属的测试方法进行了总结。

关键词：涂料 ； 重金属 ； 分析

中图分类号：TQ630文献标识码：A

收稿日期：2014-10-14

作者简介：吴静霞(1982-)， 女，从事家具木材、涂料方面的研究，电话：13671718363。

The Process Research of Analysis of Heavy Metals in Coatings

WU Jingxia , YAO Chenlan

(Shanghai Institute Quality Inspection and Technical Research , Shanghai201114 , China)

Abstract:According to the different types of analytical instruments，the test methods of heavy metal elements Pb、Cd、Hg、As、Cr、Sb、Se and Ba in coatings are mainly introduced，finally，the methods are summarized.

Key words:coatings ； heavy metal ； analysis

0前言

油漆作为一种装饰及功能性材料，已广泛应用于现代工业和生活中。 近年来，随着人们生活水平的提高以及环保呼声的日益高涨，人们对装饰材料中使用的各种涂料的质量要求越来越高，尤其对其中所含的各种有害重金属元素更加关注，因为油漆组分中的重金属元素对环境和人体的健康有影响[1]。美国及欧盟等各国都对油漆中的重金属铅、镉、汞、砷、铬、锑、硒和钡含量有严格的规定，一旦超标，禁止进入市场，我国最近标准颁布的标准GB28007-2011中，也严格限定了重金属铅、镉、汞、砷、铬、锑、硒和钡的含量。目前，主要有三种方法检测家具表面涂层中的重金属：原子吸收光谱仪(AAS)，电感耦合等离子体光谱仪(ICP-OES)，电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)。另外还有X线荧光衍射法等检测方法。下面按照分析重金属所使用的仪器种类不同进行分类介绍。

1原子吸收光谱仪(AAS)

原子吸收光谱法是利用被测元素的基态原子特征辐射线的吸收程度进行定量分析的方法。它可测定多种元素，有两大类型，一种是火焰原子吸收光谱法，它可测到10-6g/L数量级，还有一种是石墨炉原子吸收法，它可测到10-10g/L数量级。并且，对于挥发性元素汞、砷、铅、硒、锡、碲、锑、锗等，采用氢化物发生器进行微痕量测定。

其中，采用火焰原子吸收光谱法的研究比较多，肖乐勤等[2-8]都对可溶性铅做了研究，对涂料的各种前处理方法，仪器参数优化及不确定度等探讨，得出火焰原子吸收法测定铅操作简单，重现性好，灵敏度高。

对于可溶性镉和铬元素，郭文录[9-10]采用0.07 mol/L的盐酸溶液，120 r/min搅拌1 h溶解涂料中的镉和铬，得出该方法简单，适用于各种色漆涂料的分析。众所周知，六价铬的毒性比三价铬高出一百多倍，因此，陆文娟[11]用2.5 mL的浓盐酸溶解0.2 g的涂料，在160 ℃的消解罐中消解4 h，即可完全将涂料中的总铬溶解出分析检测。

砷、锑、硒作为易挥发元素，难于检测。夏正斌[12]研究了其在空气—乙炔火焰下，用流动注射技术、氢化物发生器与蒸汽发生原子吸收联合分析，采用两种不同的前处理方法，一种是用浓硝酸在140 ℃高温下溶解，测定其硒总含量，另外一种是用0.07 mol/L的盐酸溶液在37 ℃下溶解，测定硒的可溶量；对于元素砷和锑，不仅需要经过前面的处理步骤，还需要加入碘化钾和浓盐酸溶液，此方法的准确度，灵敏度及精密度均可满足分析要求。柏晓逸[13-14]随后在此基础上，又优化了前处理方法。

对于汞，夏正斌等[12]采用流动注射的方式，以硼氢化钾为还原剂，采用流动注射——冷原子吸收法检测其可溶性汞和总汞含量。卫碧文[15]采用双毛细管进样，在线氢化物发生火焰原子吸收法测定汞，通过在线加入SnCl2溶液，提高了可溶性汞的吸收灵敏度，并可抑制共存离子的干扰。

另外，经常采用石墨炉原子吸收测定铅、镉、铬。肖乐勤[16]研究用石墨炉测定可溶性铅含量，而张剑等[17]研究了在微波消解装置中用浓硝酸及过氧化氢消化，氢氟酸络合，测定总铅含量的情况。曹文忠[18]详细研究了可溶性镉和总镉含量的测定、样品的处理条件、基体改进剂的选择、共存元素的干扰消除以及仪器的优化条件等，特别是总镉，需要加入浓硝酸、四硼氟酸、过氧化氢三种试剂在微波消解炉中消解，消解过程中温度在210 ℃并保持30 min，才能消解完全。但是一般涂料都含有好几种重金属，邱岳进等[19]专门研究了铅、镉、铬的干扰消除，其通过优化实验条件以及选择合适的基体改进剂，提高了分析准确度。

总之，原子吸收光谱仪是一种简单有效的元素分析方法，大量研究了各种金属元素的前处理操作及检出限和准确度，尤其是石墨炉原子吸收光谱仪，其检出限达到10-9级别，非常低。在GB/T 3324-2008《木家具通用技术条件》中规定测定家具表面的有害物质就是使用此种方法。

2电感耦合等离子体光谱仪(ICP-AES)

电感耦合等离子体光谱仪基于物质在高频电磁场所形成的高温等离子体中,有良好特征谱线发射，进而实现对不同元素的测定。该法具有检出限较低、准确度及精密度高、分析速度快和线性范围宽等许多独特的优点，因此ICP-AES法已发展成为一种极为普遍、适用范围极广的常规分析方法，并广泛用于环境试样、岩石矿物、生物医学以及金属与合金中数十种元素的分析测定[20]。

鲁丹和金献忠等[21-22]研究了油漆中的可溶性铅、镉、汞、砷、铬、锑、硒和钡的测定，对仪器的工作参数和被测元素的分析谱线进行了优化和选择，得出最适应的方法。王栋和刘崇华等[23-24]研究了油漆中有害重金属铅、镉、汞、砷、铬、锑、硒和钡总含量的测定结果，刘崇华得出以硝酸—酒石酸—浓硫酸方法处理样品的测定结果较好；而李培则采取用硝酸—双氧水通过消解器在一定的压力和温度下，调节时间，使消解完全。

电感耦合等离子体光谱仪不同于原子吸收测定(一次只能检测一种元素)，它可以一次测定多种元素，可以节约检测时间，但是其检测限一般为1×10-9~10×10-9级别，虽然比火焰原子吸收光谱仪的检出限低，但是高于石墨炉原子吸收光谱仪。

3电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)

电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)是一种将ICP技术和质谱结合在一起的分析仪器。在ICP-MS中，电感耦合等离子体(ICP)起到离子源的作用，高温的等离子体使大多数样品中的元素都电离出一个电子而形成了一价正离子。质谱是一个质量筛选和分析器，通过选择不同质核比(m/z)的离子通过情况来检测某个离子的强度，进而分析计算出某种元素的强度。电感藕合等离子体质谱仪是一种灵敏度非常高的元素分析仪器，可以测量溶液中含量在10-9或10-9以下的微量元素。广泛应用于半导体、地质、环境以及生物制药等行业中[25]。

从资料可知，应用ICP-MS测定油漆仅做了铅、镉、汞、砷和铬的研究，胡波年等[26]研究了涂料用硝酸—双氧水溶解，经过微波消解炉消解，测定溶液中各元素的总含量。特备是对于易挥发的痕量元素砷，周学忠专门做了分析[27]。

另外，何稼敏[8]用X线荧光衍射法分析了油漆涂层的铅含量。

电感耦合等离子体质谱仪融合了原子吸收和电感耦合等离子体光谱仪的优点，不仅检出限低，达到10-12级别，并且可以检测多种元素。

我们可以看出，由于原子吸收光谱仪问世等早，相对而言做的研究多，并且分析方法详尽，研究了铅、镉、汞、砷、铬、锑、硒和钡元素的样品前处理及最优仪器参数，但是原子吸收测定过程复杂，每个元素都有自己特定的发射灯，给实际操作带来麻烦，不适用样品比较多的情况。用电感耦合等离子体光谱仪(ICP-AES)分析了铅、镉、汞、砷、铬、锑、硒和钡这八种元素，其操作简单，分析准确。而对电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)，仪器采购安装费用高，并且适合痕量分析，但一般油漆涂料中的重金属都在几个10-9左右，如采用此类方法操作，对仪器的损害大，并且需要稀释试样，因此做的研究相对少，仅做了铅、镉、汞、砷和铬元素的分析。

原子吸收光谱仪测定油漆中的重金属方法可以说是非常成熟的，也是国家标准GB18584-2001规定使用的方法。随着电感耦合等离子体光谱仪(ICP-AES)和电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)的普及，测试方法的研究也越来越多，在标准GB6675-2003中就没有规定使用的仪器类别，综合来看，电感耦合等离子体光谱仪(ICP-AES)可以解决原子吸收只能单个元素分析的缺点，并且其检出限完全可以满足油漆中的重金属，对于检出限更低的电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)就有点浪费资源，因此电感耦合等离子体光谱仪(ICP-AES)将作为未来测定油漆中重金属的主要使用仪器。

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•开发与研究•