非金属制品的微波消解方法研究

徐晓云 肖 欢

（上海煤科检测技术有限公司，上海201401）

在非金属制品成分分析过程中，合适的消解方法对样品的后期检测分析具有非常重要的意义。消解的方法目前主要由电热板消解及微波消解法，电热板加热消解方式使用最早，优点是能够充分消解非金属制品中的重金属元素，后期的测量准确度高，但实验人员操作起来程序复杂、耗时、试剂消耗量较大。电热板消解采用开放的加热系统，消解过程中会产生大量有机及无机气体，不易控制，操作不当容易对环境造成污染，同时对人员造成职业伤害。近年来，由于微波消解方法更快速、准确、高效且用酸量少、污染小、对操作人员伤害小等优点，而被多数的实验室采用。

市场上流通的非金属制品种类繁多，结构复杂，样品消解方法也不尽相同，不同的酸消解体系、消解方法及消解程序升温的选择等都会对后期的测试结果造成影响。本文针对较为便捷的微波消解方法，选用两种较常用的酸体系进行配比设定，并对微波消解程序进行设定，从而对非金属制品进行消解，找到最为合适的消解效果及最好的消解方案，拟为选择测定非金属制品中重金属含量的方法研究提供参考。

1 实验

1.1 仪器与试剂

液氮冷冻破碎机；微波消解仪；硝酸（优级纯）；双氧水（优级纯）；氢氟酸（优级纯）；试验所用移液管均在（1:1）硝酸溶液中浸泡12h，微波消解罐在5%硝酸溶液中浸泡12h。

1.2 样品的制备

大块塑料样品，剪成1cm*1cm 以下的小块，液氮冷冻后用高速粉碎机进行粉碎，再过40 目筛，称取0.1000g 的样品加入聚四氟乙烯- 四氟乙烯消解罐中，等待加入消解试剂进行消解。

1.3 消解方案的设定

对微波消解方法的设定，主要考虑合适的升温控制程序。一般情况下，温度越高，保温时间越长，样品的消解效果就越好。但是，酸的种类的选择也很重要，合适的酸在合适的升温程序下，会让样品消解很彻底。酸体系选的不合适，样品在高的温度也很难消解。所以，酸的种类、比例和微波消解温度的选择就比较重要。

非金属制品的主体材料主要为PVC、丁腈橡胶、丁苯橡胶、三元乙丙胶及ABS 树脂等高分子材料。在实验室分析检测工作中，对样品进行彻底溶解，为了破坏其复杂的有机基体,往往需要在酸消解体系中加入其它强氧化剂。盐酸、王水、高氯酸容易引入氯多原子离子,对某些重金属元素（如砷）的测定可能会造成一定程度的干扰,双氧水作为一种弱酸性氧化剂,其在较低温度下即可分解成高能态活性氧,适于降解某些有机物,与浓硝酸共用,可以大大提高混合液的氧化能力,完全破坏有机物[1]。由于非金属制品的分解温度一般在180℃左右[2]，因此，将微波消解温度设定在200℃上下。文章以硝酸、双氧水及氢氟酸作为消解酸，对酸的使用比例（见表1）及消解升温程序（见表2）进行控制，拟定不同的消解方案，来对样品进行完全的消解。

表1 微波消解方案

表2 微波消解升温程序

首先，称取0.1g 非金属样品置于5%的稀硝酸中静止过夜的聚四氟乙烯- 四氟乙烯(PTFE-TFE) 高压消解罐中, 精确至0.0001g，按表1 中的微波消解酸体系比例依次加入硝酸、双氧水及氢氟酸,然后放入微波炉中,按表2 中预先设定的消解程序进行升温消解。

实验方案一：在称量好的非金属制品样品中依次加入5ml硝酸及1ml 双氧水的试剂，微波消解升温程序选择选择方案1，对样品进行消解。实验表明,按照5ml 硝酸及1ml 双氧水的消解方案，恒温温度与时间为190℃与30min 均不足以使样品分解完全，消解后的样品均有白色沉淀[3-5]。

实验方案二：在称量好的非金属制品样品中依次加入5ml硝酸、1ml 双氧水及1ml 氢氟酸，微波消解升温程序选择选择方案1，对样品进行消解。结果表明,对于聚乙烯及聚氯乙烯为主体的塑料样品,当微波消解最终温度为190℃，且在190℃时保持30min，塑料样品可以完全消解，溶液澄清。但对于橡胶及树脂样品，该酸体系、最终升温温度与保持时间均不足以使之分解完全，均有少量白色沉淀。

实验方案三：在称量好的非金属制品样品中依次加入5ml硝酸及1ml 双氧水，微波消解升温程序选择选择方案2，对样品进行消解。结果表明, 对于聚乙烯及聚氯乙烯为主体的塑料样品, 当微波消解最终温度为220℃，且在220℃时保持60min，塑料样品可以完全消解，溶液澄清。但对于橡胶及树脂样品，该酸体系、最终升温温度与保持时间均不足以使之分解完全，均有少量白色沉淀[6-7]。

实验方案四：在称量好的非金属制品样品中依次加入5ml硝酸、1ml 双氧水及1ml 氢氟酸，微波消解升温程序选择选择方案2，对样品进行消解。实验表明,对于PE、PVC 塑料样品及成分复杂的橡胶、树脂样品,采用方案2 的酸性消解体系、微波恒温温度与保持时间为220℃与60min 时，非金属制品的样品可以完全分解，均成透明溶液。

2 结果与讨论

不同类型的高分子材料成分不同,选择的消解试剂及方法也不尽相同。本文选用的2 种常用酸消解体系及2 种消解升温程序对样品进行消解，并完成交叉试验，发现，选择5mlHNO3+1mlHF+1mlHClO4体系的消解试剂比例，同时微波消解程序采用恒温温度与时间为220℃与60min 时即可使非金属制品溶解完全。总之，对于结构及成分复杂的非金属制品的检测分析而言，样品的前处理非常重要，合适消解方案的选择会为后期的分析检测工作带来很大的便利。