微波消解-电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-AES)法测定ABS塑料中Pb、Cd、Hg

孙国娟 孙海霞

(1 安徽国家铜铅锌及制品质量监督检验中心，安徽 铜陵 244000；>2 安徽三联学院 计算机工程学院，合肥 230601)

引言

随着全球电子电器行业的发展，在给人类带来方便的同时，也给全球的生态环境带来了巨大影响。欧盟明确规定了电子电气产品中铅(Pb)、汞(Hg)、镉(Cd)、六价铬(Cr)、多溴联苯(PBB)、多溴二苯醚(PBDE)的限量要求。但国家标准[1]给出的测定方法与操作步骤不明确，不利于按标准实施，因此，寻找快速高效的测定方法有着重要的指导和实践意义。近年来，人们在利用电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-AES)法测定电子电气聚合物中铅、镉、汞方面有了多种探索[2-8]。但是这些方法对ABS这类具有较高刚性及抗腐蚀性的塑料消解效果不好，出现消解速度慢、消解不完全和回收率低等问题。本文以ABS塑料为研究对象，优化消解体系、消解温度以实现对ABS的完全消解，获取好的实验效果。

1 实验部分

1.1 仪器及工作条件

Thermo公司ICAP6300等离子体发射光谱仪，采用蠕动泵进样，辅助气流量0.5 L/min，雾化气流量0.7 L/min，RF功率1 150 W，泵速50 r/min。

1.2 试剂及标准溶液

铅、镉、汞标准储备溶液(1 000 μg/mL，国家有色金属及电子材料分析测试中心)。

硝酸、氢氟酸、双氧水、高氯酸为分析纯或优级纯。

分析用水为去离子水。

1.3 样品制备

用电锯、研磨机、低温破碎机等设备将样品研磨成粒径不超过0.5 mm的粉末样。

1.4 样品处理

称取样品0.2 g(精确至0.000 1 g),分别置于聚四氟乙烯微波消解罐中，加入7 mL HNO3、0.2 mL H2O2、0.5 mL HF、1 mL HClO4,待反应平静后，将容器封闭，并按照表1升温程序进行微波消解。容器冷却至室温后，打开容器，如果溶液不清亮或有沉淀产生，用0.45 μm的过滤膜过滤，残留的固态物质用15 mL HNO3(5%)冲洗4次，所得溶液全部合并转移至100 mL容量瓶中。

1.5 标准曲线的绘制

以Pb、Cd、Hg标准储备溶液配制成0、0.05、0.10、0.20、0.50、1.00 μg/mL的系列标准溶液，介质为HNO3(5%)。

表1 微波消解升温程序Table1 Microwave digestion procedure

2 结果与讨论

2.1 溶样酸体系及用量的选择

微波消解常用的酸体系HNO3+H2O2对很多塑料(PP、PE)都有很好的消解作用，但由于很多工程塑料会加入玻璃纤维或TiO2等填料，以达到改善性能或降低成本的目的，导致HNO3+H2O2消解ABS塑料较困难。实验发现HClO4的引入有助于塑料的消解，而HF的引入，则更好地解决了填料的消解问题。表2给出了不同酸体系下，微波消解对ABS的消解效果。

表2 不同酸体系下ABS的微波消解效果Table 2 Microwave digestion effect on ABS in different acid systems

在同等条件下，分别加入0.5、1.0、1.5 mL HClO4消解ABS样品，经过实验发现，随着HClO4用量的增加，消解后残渣越来越少，直至消解完全，然而，过高的HClO4用量容易导致消解罐内压力过高，基于安全考虑，HClO4用量不宜超过整个酸消解体系的20%，因此选择加入1.0 mL HClO4。

由于ABS塑料中经常添加玻璃纤维作为填料，故溶解过程中常加入HF。在同等条件下，分别加入0.2、0.5、1.0 mL HF消解样品，0.5 mL HF既能满足完全消解的要求，又对仪器损害最小。

在同等条件下，分别加入0.2、0.5、1.0 mL H2O2消解ABS样品，经过实验发现，随着H2O2的加入对消解有帮助，但效果区别不大，过高的H2O2用量容易导致消解罐内压力过高，因此选择加入0.2 mL H2O2。

整个体系中酸的用量一般在6～10 mL较适宜，因HNO3的沸点比水的沸点高，较高的沸点有利于塑料样品的消解，因此，实验选用7 mL HNO3+0.2 mL H2O2+0.5 mL HF+1 mL HClO4来消解ABS塑料样品。

2.2 消解温度和恒温时间的选择

在同等条件下，分别将消解温度设在190、200、205、210 ℃,对ABS进行消解。实验发现，更高的温度有利于样品的消解，205 ℃时溶液清亮，消解较完全。故实验选择消解温度为205 ℃。

在同等条件下，将恒温时间分别设为20、30、40、50 min来消解ABS样品，实验发现，消解40 min以上溶液清亮，消解完全。故实验选择恒温时间为40 min。

2.3 仪器分析谱线的选择

塑料类样品光谱干扰小，采用ICP-AES法测定时一般可选择元素的最灵敏线，但有些样品因加入了某些填料，导致Pb 220.3 nm处可能会有一些光谱干扰，但次灵敏线Pb 182.2 nm处无干扰。因此，实验中Cd、Hg选择其灵敏线Cd 214.4 nm、Hg 194.2 nm,Pb选择次灵敏线Pb 182.2 nm作为分析谱线。

2.4 精密度实验

对一个ABS样品进行11次测定，测定结果和相对标准偏差如表3所示。

Pb、Cd、Hg测定的相对标准偏差均小于3%，满足测定方法的要求。

表3 精密度实验Table 3 The testing of precision(n=11) /(mg·kg-1)

注：1)单位为%，下同。

2.5 加标回收实验

称取上述ABS样品3份，加入0.2 mL Pb、Cd、Hg标准溶液(100 μg/mL)，按分析步骤进行测定，计算方法的加标回收率，如表4所示。

表4 回收率实验Table 4 The testing of recovery (n=3) /(mg·kg-1)

实验表明，Pb、Cd、Hg加标回收率均在95.0%～105%。

3 结论

实验采用微波消解法对样品进行前处理，运用ICP-AES法测定ABS中Pb、Cd、Hg，在缩短样品前处理时间的同时得到较高的元素消解回收率和较为理想的精密度，适用于ABS塑料中重金属含量的快速测定。