研究纺织品重金属检测的新消解条件

文/李应培

1 试验

1.1 仪器与试剂

仪器：微波消解仪[控制模式：温控模式（控制温度，压力随温度变化而变化）；罐体最大承受压力：4MPa；升温曲线：自定义；消解功率：参考《微波消解-应用方法汇编》]、原子吸收分光光度计。

试剂：硝酸、盐酸、氟硼酸、过氧化氢均为分析纯，试验用水为二级水。

1.2 消解用酸介绍

硝酸：硝酸是消解中使用最广泛的消解用酸，常压下沸点为120℃，在0.5MPa下温度可达到176℃，氧化性强，常用于消解易溶于硝酸的金属元素和化合物。

盐酸：盐酸通常和硝酸联合使用，常压沸点为108℃，在0.7MPa下温度达140℃。盐酸不属于氧化剂，通常不用来消解有机物。

过氧化氢：俗称双氧水，沸点106.8℃，过氧化氢的氧化能力随介质酸度的增加而增加，过氧化氢分解产生的高能态活性氧对有机物质的破坏特别有利。使用时一般先加硝酸预处理后再加入过氧化氢。过氧化氢必须与其他酸混合使用，以便彻底破坏有机物质。

氢氟酸：氢氟酸对于消解的作用十分显著，但因为其剧毒、腐蚀性强等性质，对使用人员的危险性极高，所以不建议使用，本文也不作考虑。

浓硫酸：浓硫酸不适宜溶解铅为主的试样，铅是纺织品中需要检测的一个重要元素，而且浓硫酸达到一定温度时能溶解消解罐（聚四氯乙烯），所以本文也不作考虑。

氟硼酸：氟硼酸常压沸点为130℃，在密闭容器中不需要高压就能获得比氢氟酸更高的温度，特别适宜消解那需要分解硅酸盐和需高温条件的含有无机基体的样品。

2 常见纤维消解情况对比与归纳

2.1 棉

棉主要组成物质是纤维素，纤维素是天然高分子化合物，正常成熟的棉纤维素含量约为94%，此外含有少量多缩戊糖、蜡质、蛋白质、脂肪、水溶性物质、灰分等伴生物。棉布对无机酸极不稳定，所以用硝酸能轻易进行消解。消解方向偏向于升高温度及提高硝酸用量。表1是通过提高硝酸使用量和提高消解温度，观察样品是否消解完全。

由此可得，加入8mL浓硝酸，并使消解温度达到185℃，罐体最大压力只有1.2MPa，能在较安全的罐压下消解完全，得到澄清溶液。

2.2 涤纶

涤纶基本组成物质是聚对苯二甲酸乙二酯，所以涤纶也称为聚酯纤维，而聚对苯二甲酸乙二醇酯由精对苯二甲酸或对苯二甲酸二甲酯和乙二醇为原料，经酯化或酯交换和缩聚反应制成纤高聚物，经纺丝和后处理制成纤维。涤纶的强度高、弹性好、耐热耐腐蚀，所以只用硝酸较难使纤维完全溶解。表2是通过组成不同的酸体系，提高消解温度和消解时间，观察在什么条件下能把样品消解完全。

观察表2可得，在使用硝酸-过氧化氢体系进行消解时，溶液不泛黄，但依然含有大量颗粒；而硝酸-盐酸体系消解，消解情况无明显变化，消解不完全。而使用硝酸-氟硼酸体系消解，溶液中大颗粒沉淀物明显减少，溶液显浑浊，所以酸体系使用硝酸-氟硼酸效果较好。在使用硝酸-氟硼酸的酸体系进行消解，随着提高消解温度和消解时间，消解效果越来越好，但升到225℃时，罐体压力已经达到2.4MPa，罐体所能承受的最高压力只有4MPa，所以尝试二次消解，观察消解情况。

上述在一次消解之后，罐体在130℃的加热板上，敞口挥发赶酸30min，然后再进行二次消解，得出的消解效果令人满意，结果见表3。

2.3 锦纶

锦纶是合成纤维nylon的中国名称，全称“聚酰胺纤维”，翻译名称又叫“耐纶”“尼龙”，锦纶吸湿性和染色性都比涤纶好，耐碱不耐酸，所以使用一定量的酸，同时提升一定的温度，探究消解锦纶的较优条件。

由表4可得，在使用硝酸-过氧化氢体系进行消解时，溶液不泛黄，但依然含有较多沉淀物；而硝酸-盐酸体系消解，消解情况有所好转，但依然消解不完全。而使用硝酸-氟硼酸体系消解，溶液中沉淀物明显减少，溶液显浑浊，所以酸体系使用硝酸-氟硼酸效果较好。

由此可得，加入7mL浓硝酸和1mL氟硼酸，并使消解温度达到205℃，保温10min，罐体最大压力只有1.8MPa，能在较安全的罐压下消解完全，得到澄清溶液。

2.4 胶浆类印花

胶浆类印花是通过分色套印的方法，将色浆印在布上，主要成分是丙烯酸酯、聚氨酯。这两种材料都是高分子材料，这类材料耐磨性能好，粘接性能好，在印花领域上使用十分广泛，但是难以消解，因此在消解时考虑降低消解质量。下面消解过程均称取0.1g的消解质量，消解用酸也使用消解效果较好的氟硼酸。

通过表5和表6可以看出，消解丙烯酸酯和聚氨酯这两种物质需要较高的温度，而且涂层厚度越厚，消解难度越大，较薄的胶浆印花能在上述条件消解完全，但样品质量不能太大，0.1g的样品能消解完全。

表1 硝酸使用量和消解温度对消解的影响

表2 不同酸体系下提高消解温度和消解时间对消解的影响

表3 进行二次消解的情况

表4 酸体系和温度对锦纶消解的影响

表5 升高温度观察消解情况

表6 0.1g消解质量下观察升高温度对消解的影响

3 结论

本文只列举一部分常见的成分做消解条件分析。消解的目的是得到无杂质残留的澄清透明溶液，若消解不完全，会对测试结果产生较大影响。消解时必须注意的是消解压力不能超过微波消解仪和消解罐的最大承受压力，否则会出现泄漏甚至爆罐的危险，危害试验员人身安全。本文列举棉、涤纶、锦纶以及胶浆类印花的消解方法可供参考，其他成分可按天然纤维和合成纤维区分，参考上述消解过程，适当时可以改变酸体系、增加酸用量、升温程序或保温时间，以达到消解完全、得到澄清消解液的效果。