微波消解ICP—AES测定塑料颗粒中硫元素

2018-01-24梁成劲涂建国曾平王鑫孙耀明张玲

科技创新与应用 2018年3期

梁成劲+涂建国+曾平+王鑫+孙耀明+张玲

摘要：采用微波消解，电感耦合等离子体发射光谱法（ICP-AES）对塑料颗粒中硫元素进行定量分析。通过优化仪器工作条件，被测元素的检出限为0.016μg/mL，工作曲线的线性系数大于0.999，测定值与标准样品认定值相一致，相对标准偏差小于3.0%。该方法试剂成本低，空白低，降低劳动强度，改善工作环境等优点，具有较强的实用性和可操作性。可满足于塑料中硫元素的快速测定。

关键词：ICP-AES；塑料颗粒；硫元素

中图分类号：TQ320.7 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）03-0020-02

Abstract： Microwave digestion and inductively coupled plasma emission spectrometry（ICP-AES） were used to quantitatively analyze sulfur in plastic particles. By optimizing the working conditions of the instrument， the detection limit of the measured elements is 0.016 μg/mL， and the linear coefficient of the working curve is greater than 0.999， which is consistent with the determined value of the standard sample. The relative standard deviation is less than 3.0%. The method has the advantages of low cost of reagent， low blank， low labor intensity and capability of improving working environment. It has strong practicability and maneuverability and can satisfy the need of rapid determination of sulfur in plastics.

Keywords： ICP-AES； plastic particles； sulfur

隨着工业和科学技术的发展，塑料工业日趋完善，塑料的用途也越来越广泛。塑料工业是发展中的新型行业，塑料产品和制品不仅是消费品而且也是新型材料，随着农业、交通运输、工业、能源、信息、建筑、造纸、纺织、国防等行业的发展，对塑料制品从数量、品种和质量等方面都提出了更高的要求。含硫塑料燃烧后会产生二氧化硫排放到空气中，二氧化硫是一种无色具有强烈刺激性气味的气体，有毒，易溶解于水、人体的血液和其他黏性液[1]。一般认为空气中二氧化硫浓度达1.5毫克/立方米，对人体健康即有危害，长期接触主要引起支气管、鼻、咽、嗅觉障碍和尿中硫酸盐增加[2]。因此，建立一个普遍适用于塑料制品中硫含量测定的分析方法，无论对于生产管理、技术研发、还是质量控制都十分必要。

目前硫的测定通常采用硝酸消解，硫酸钡比浊发；酸溶或碱溶，硫酸钡重量法（艾氏卡法），高温燃烧中和法和高温燃烧碘量法等方法，比浊法的结果稳定性不高，灵敏度差，结果偏低；重量分析过程时间长；高温燃烧中和法和高温燃烧碘量法手续均繁琐，重复性差，结果往往偏低。塑料酸消解一般样品时间长，操作不容易控制，易带来污染[3]。目前，测定塑料制品中硫含量没有具体的测试标准；原子发射光谱法作为一种快速灵敏的测试方法，其应用领域不断扩大[4][5]。本工作建立了硝酸-过氧化氢体系微波消解ICP-AES外标法测定塑料中硫含量的测试方法。前处理时间短，方法简单易行，同时该方法试剂成本低，空白低，降低劳动强度，改善工作环境等优点，具有较强的实用性和可操作性，适合塑料中硫含量的测定。

1 实验部分

1.1 仪器试与试剂

硫标准溶液1000μg/mL（钢铁研究总院）；硝酸为优级纯（MERCK）；过氧化氢为优级纯（西陇化工）；试验用水为一级水（默克密理博）；ETHOS UP型微波消解仪（莱伯泰科），ICP-AES（HORIBA）。

1.2 仪器工作参数

JY2000-2型电感耦合等离子体原子发射光谱仪：振荡频率：40.68MHz，高频发生器功率：1150W，辅助气体：氩气，载气流量：0.60L/min，冷却气流量：12L/min，辅助气流量：0.3L/min，观测高度：8mm，石英玻璃同心雾化器：0.8L/min，样品提升量：1.5mL/min，检测时间：50s，读数方式为峰面积，硫分析谱线为180.676nm。

1.3 试验方法

称取0.2000g样品于100mL聚四氟乙烯消解管中，依次加入加6mL硝酸和2mL过氧化氢，加盖套，置于微波消解仪中，在1500W下反应6min（150度），然后3min内升到1500W（180度），保持30min。冷却后取出消解罐，随后用一级水冲洗于100ml容量瓶，用一级水稀释至刻度，摇匀，静置。同时做空白试验。消解液用于ICP-AES上机测定。

2 结果与讨论

2.1 样品消解试剂的选择

在微波酸消解试样中，盐酸主要用于消解金属氧化物以及碳酸盐和氢氧化物，硝酸主要用于消解样品中的碳和硫等有机成分，双氧水主要消解样品中有机物质。塑料的主成分主要是以碳、氢、氧组成，同时会常常添加一些无机助剂，如碳酸钙、钛白粉、滑石粉等，如果消解不完全，则直接影响到结果的重复性和稳定性。传统的消解方法有：加热板湿法消解、马弗炉灰化消解等。加热板湿法消解消耗试剂量多，同时难以彻底消解样品中的有机成分；灰化消解样品易受污染、消解步骤繁琐，同时空白值高。目前微波消解具有所需样品量少，加热快，升温高，消解能力强，大大缩短了溶样时间，同时具有试剂成本低，空白低，降低劳动强度，改善工作环境的优点。结果塑料的特性本文采用硝酸（6ml）-过氧化氢（2ml）作为氧化剂，采用微波消解仪消解样品。endprint

2.2 载气流量对谱线强度的影响

载气流量值决定氩气通过雾化器的速度，直接影响样品引入的速度和雾化的均匀性。通过调节载气流量值，使待测元素的灵敏度和准确度达到最佳。载气流量的大小，将直接影响等离子体中心的通道温度、电子密度及分析物在等离子体中心通道的停留时间。同时载气对基体效应也有显著影响。载气流量增大时，多数元素及分析线的基体效应增加；载气流量对数据测试进度也有影响，过小的载气流量将导致雾化稳定性的降低。根据测试情况，等离子体载气流量：0.6L/min，冷却气流量：12L/min，辅助气流量：0.3L/min，能确保距焰稳定燃烧，待测元素有较大的谱线强度。

2.3 雾化气流量对谱线强度的影响

雾化器压力越大，进入等离子体的样品就越多，绝对强度会越大，由于各元素的差异，雾化器压力太大会导致背景和待测元素的绝对强度变大不一样，根据实验得出，在本实验选择0.8L/min，硫的谱线强度最大。

2.4 工作曲线及检出限

分别移取硫元素的标准储备溶液100mg/L，0，0.2，0.5，

2.0，5.0，10.0mL至100mL容量瓶，各加入5.0mL硝酸，用一级水水稀释至刻度，配置成系列标准溶液。系列标准溶液中硫元素的质量浓度分别为0，0.2，0.5，2.0，5.0，10.0mg/L。

在儀器工作条件下测定，并拟合到硫元素的工作曲线，连续测定空白溶液11次，计算标准偏差，以3倍标准偏差作为元素的检出限，以10倍标准偏差作为元素的测定下限，结果见表1。

2.5 精密度检测

根据1.3对7个样品进行重复测试，计算精密度，相对标准偏差（RSD）为2.23%，精密度很好，见表2。

2.6 准确度检测

按照试验方法对ERM-EC681K参考标准物质对本方法进行考察，结果见表3，结果表明本方法测定值与标准样品认定值相一致，分析误差符合证书允许要求，测定结果准确可靠。

3 结束语

采用微波消解ICP-AES对塑料颗粒中硫元素进行测定，该方法试剂成本低，空白低，降低劳动强度，改善工作环境等优点，具有较强的实用性和可操作性。测定值与标准样品认定值相一致，相对标准偏差小于3.0%。可满足于塑料中硫元素的快速测定。