ICP-OES测定塑胶跑道中的9种可溶性重金属

钟俊芳，林伟宏，梁森涛，叶元坚，蔡锦安

(广州质量监督检测研究院，广 东 广州 511447)

塑胶跑道又称全天候田径运动跑道，由聚氨酯预聚体、混合聚醚、废轮胎橡胶、EPDM橡胶粒或PU颗粒、颜料、助剂、填料组成[1]。自2015年10月,问题跑道事件曝出后，塑胶跑道登上了新闻的热搜，但伴随的标题总是“毒跑道”，引起了大量争议。其中“毒跑道”一度被怀疑会引起学生流鼻血、起疹子、呕吐。但经过送检，这些跑道都是"达标"的。现行的检测依据GB/T 14833-2011《合成材料跑道面层》涉及苯、甲苯和二甲苯总和、游离甲苯二异氰酸酯以及重金属中可溶性铅、镉、铬、汞的检测[2]。 GB 36246-2018《中小学合成材料面层运动场地》于2018年11月更新后，有害物质含量已经增加了邻苯二甲酸酯类化合物总和及苯并[a]芘、短链氯化石蜡(C10-C13)等项目，以及在一些项目的限量值上作出了调整；相比GB/T 14833-2011可溶性重金属的铅含量为90mg/kg[3]， GB 36246-2018可溶性重金属的铅含量为50mg/kg[4]。虽然跑道可溶性重金属在限值方面作出了改进，但未考虑其他可溶性重金属作为添加成分在跑道方面的运用，因为有害的可溶性重金属不应只有铅、镉、铬、汞4种。参考标准GB/T 23991-2009《涂料中可溶性有害元素含量的测定》包含了砷、钡、镉、铬、汞、铅、锑、硒含量的测试，该法使用ICP-OES法测定重金属。据调查，ICP-OES法已应用于汽车涂料[5]、污水[6]、土壤[7-8]等复杂样品体系。因此，本文利用ICP-OES法建立更新更全面的可溶性重金属检测方法，完善塑胶跑道有毒有害物质检测标准。

1 实验部分

1.1 实验仪器

分析天平(精度0.1g)；恒温振荡水浴锅；pH计(精度±0.2 pH)；单刻度移液管(25 mL)、安捷伦ICP-OES 5100电感耦合等离子体发射光谱仪。

1.2 试剂与溶液

盐酸溶液(0.07mol/L、1mol/L、2mol/L)；硝酸溶液：65%～68%(质量分数)。

1.3 实验方法

可溶性重金属的检测是模仿人体吞咽试样材料后与胃酸反应接触一段时间后提取出的溶出物。用ICP-OES来测定试液中可溶性重金属砷、钡、镉、铬、汞、铅、锑、硒和锡的含量。

1.4 样品处理

试样制备：对塑胶跑道样品在室温下用粉碎机或者剪刀粉碎，并用不锈钢金属筛(0.5mm)过筛，后待处理。使用合适的化学容器，加入相当于测试试样质量50倍、温度为(37±2)℃的0.07 mol/L盐酸溶液与测试试样混合。在搅拌装置上搅拌1 min后，用酸度计测其酸度。如果pH值>1.5，一边搅拌混合液，一边逐滴加入盐酸溶液调节pH值在1.0～1.5之间。将混合物避光，在(37±2)℃下放置1 h。随后立即用0.45μm滤膜过滤。滤液避光保存并在24 h内完成元素分析测试。若滤液在进行元素分析测试前的保存时间超过24 h，应加入浓盐酸加以稳定，使保存的溶液浓度c(HCl)约为1 mol/L[5]。

1.5 标准曲线

在选定工作条件下绘制校准曲线，标准溶液系列和各元素校准曲线的相关系数见表1。

表1 校准曲线系列及相关系数 μg/mL

2 分析与讨论

2.1 样品处理

塑胶跑道在制备样品时要注意混匀，并要用筛网过筛，保证样品均匀，研磨的器具选择也要注意，要用剪刀对塑胶跑道进行裁剪,并采用冷冻研磨或不致产生热量的其他加工方式粉碎，避免使用含铬量高的不锈钢类研磨器具造成铬污染。

2.2 分析线的选择及仪器工作参数的优化

2.2.1 分析线的选择

各元素按仪器推荐选择2～3条灵敏度较高的谱线，测定混合元素标准溶液，记录数据。对各谱线的谱图逐一处理，观察各元素的谱线形状和相互间干扰情况，确定各元素的分析线见表2。

表2 分析线

在上述分析波长下，相互间无谱线干扰。

2.2.2 仪器工作参数的选择

通用条件：自动进样器 重复次数：3次 泵速：12 r/min。

提升延时：25 s(快速泵) 冲洗时间：15 s(快速泵)。

读取时间：5 s 雾化器流量：0.70 L/min RF功率：1.20 kW 等离子体气流量：12.0L/min。

稳定时间：14 s 辅助气流量：1.00 L/min 观察方式：轴向。

2.3 方法的检出限

在上述选定的工作条件下，重复测量空白溶液11次，以空白信号测定标准偏差的3倍计算各元素的检出限，结果见表3，各元素均能满足塑胶跑道对其检出限的要求，适用塑胶跑道的检验。

表3 方法检出限(k=3)

2.4 方法的准确性及精密度

对一组样品进行加标回收实验，分别平行测定6次，加标回收实验结果参见表4。按照上述建立的方法进行分析，加标回收率为93.1%～101.7%，相对标准偏差RSD(n=6)为0.38 %～3.22 %，此方法准确可靠。

表4 方法的准确性和精密度

注：“-”表示未检出

2.5 样品测定结果统计

按照GB 36246-2018试验方法分类，对塑胶跑道中的现浇型面层随机抽取8种样品进行的9种可溶性测定，结果见表5。由表5统计可知塑胶跑道中除了常见的铅、铬、镉、汞等重金属的污染，还有砷、钡、锑、硒、锡等重金属，使用电感耦合等离子体发射光谱法测跑道中的9种重金属可以达到方便快速有效的检测手段。

表5 现浇型面层

3 结果与结论

用ICP-OES同时测定塑胶跑道中的9种可溶性重金属元素，基体元素对测定没有明显干扰，在选定的波长下测定，元素间也没有干扰。该方法不仅方便快捷，而且测试准确、检出限低、分析重现性好，适于可溶性重金属的日常检验，对现行只测试4种可溶性重金属的测试标准是行之有效的补充。从样品测试结果统计可知，塑胶跑道中含有除了常规测试的铅、镉、铬、汞4种重金属，还含有钡、硒、锡等重金属。对于“毒跑道”的检测，建议把这几种可溶性重金属也纳入监测范围之中。