超级微波消解-ICP-MS 测定纺织品中8 种重金属元素

2021-08-31陈涛

纺织检测与标准 2021年4期

陈涛

（上海天祥质量技术服务有限公司，上海200233）

0 引言

纺织品中重金属主要来源于加工过程中引入的污染，少量来源于天然原料生长过程中从自然界土壤中的吸收和富集[1]。这些重金属一旦被人体吸收，容易在肾、肝、骨骼、脑及心脏等器官中积累，从而对人体造成极大的危害。因此，纺织品中有害重金属元素的检测越来越受到人们的重视。

目前，国内对纺织品中重金属含量的测定主要参照GB/T 17593.1—2006《纺织品重金属的测定第1 部分：原子吸收分光光度法》、GB/T 17593.2—2007《纺织品重金属的测定第2 部分：电感耦合等离子体原子发射光谱法》、GB/T 17593.3—2006《纺织品重金属的测定第3 部分：六价铬分光光度法》、GB/T 17593.4—2006《纺织品重金属的测定第4 部分：砷、汞原子荧光分光光度法》等标准执行。虽然这些标准都可用于可萃取重金属的测定，但是却缺乏对重金属总量的测定[2]。因此，为寻求一种有效、快速地测定纺织品中重金属元素总量的方法迫在眉睫。

本文用ICP-MS 测定纺织品中的重金属含量，应用全新的超级微波法消解样品，并与传统微波消解效果进行对比，希望为大批量纺织品重金属总量的测定研究出一种快速、高效和准确的测定方法。

1 试验部分

1.1 仪器与试剂

仪器：电感耦合等离子体质谱仪，安捷伦7800，带八级杆碰撞反应池和雾室温控系统；超级微波消解系统，安东帕Multiwave 7000，带24 位样品支架（石英微波管）与控压系统；传统微波消解系统，迈尔斯通ETHOS ONE，带10位样品转子（聚四氟乙烯微波管）与控温系统；赶酸仪，莱伯泰科ED16；电子分析天平，梅特勒PL203，精确至0.000 1 g。

试剂：浓硝酸，默克公司，优级纯，质量分数为65%；过氧化氢，国药集团，优级纯，质量分数为30%；去离子水，符合GB/T 6682 规定的一级水要求；铅（Pb）、镉（Cd）、汞（Hg）、砷（As）、铬（Cr）、锑（Sb）、锡（Sn）、锌（Zn）8种元素标准溶液和钪（Sc）、钇（Y）、铟（In）和铼（Re）4种内标元素标准溶液，美国Accustandard公司，质量浓度为1 000 mg/L。

1.2 标准工作溶液配制

分别吸取7 种元素（Pb、Cd、As、Cr、Sb、Sn、Zn）标准溶液1 mL 于同一只100 mL 的容量瓶中，用质量分数为2%的硝酸溶液稀释至刻度，得到10 mg/L的中间液 A；再吸取 10 mL 中间液 A 于 100 mL 容量瓶中，用质量分数为2%硝酸溶液稀释至刻度，得到1 mg/L 的中间液B；然后依次吸取 0.5、1、2、5 和10 mL 中间液B 分别于100 mL 容量瓶中，用质量分数为2%的硝酸溶液稀释至刻度，分别得到0.005、0.01、0.02、0.05和0.1 mg/L系列标准工作溶液1。

吸取1 mL Hg标准溶液于100 mL容量瓶中，用质量分数为2%的硝酸溶液稀释至刻度，得到10 mg/L 的中间液 C；再吸取 1 mL 中间液 C 于100 mL 容量瓶中，用质量分数为2%的硝酸溶液稀释至刻度，得到0.1 mg/L 的中间液D；然后依次吸取 0.1、0.5、1、2 和 5 mL 中间液 D 分别于 100 mL容量瓶中，用质量分数为2%的硝酸溶液稀释至刻度，得到 0.000 1、0.000 5、0.001 0、0.002 0 和0.0050mg/L系列标准工作溶液2。

分别吸取 0.1 mL Sc、Y、In和Re 4 种内标元素标准溶液于1 000 mL容量瓶中，用质量分数为2%的硝酸溶液稀释至刻度，得到0.1 mg/L的内标工作溶液。

1.3 样品前处理

预先用洁净的剪刀等工具将待测的纺织品样品制备成小的碎片，以备测试。

1.3.1 超级微波消解

准确称取0.2 g 样品（精确至0.000 1g）于石英微波管中，加入2.8 mL浓硝酸和0.2 mL双氧水。将微波管放入微波消解系统中，按照表1程序进行消解。待消解结束后冷却至室温，用去离子水定容至25 mL，并用0.45 μm水相滤膜过滤，然后进行ICPMS测试。

表1 超级微波消解程序

1.3.2 传统微波消解

准确称取0.2 g 样品（精确至0.000 1g）于聚四氟乙烯微波管中，加入9 mL浓硝酸和1 mL双氧水，待反应完全后用封盖工具拧紧盖子和容器，并置于微波消解系统中，按照表2程序进行消解。待消解结束后将微波管放入赶酸仪中进行赶酸，待样品溶液赶酸至1～2 mL后冷却至室温，用去离子水定容至25 mL，并用0.45 μm水相滤膜进行过滤，然后进行ICP-MS测试。

表2 传统微波消解程序

1.4 仪器分析条件

射频功率：1 550 W。

等离子体气体流量：15 L/min。

雾化器气体流量：1.00 L/min。

冷却水流量：1.00 L/min。

雾化室温度：2.0 ℃。

蠕动泵流速：0.5 mL/min。

样品测定次数：3次。

此外，仪器调谐参数详见表3，各元素的质量数及内标的选用详见表4。

表3 仪器调谐参数

表4 元素的质量数及内标元素

2 结果与讨论

2.1 标准工作曲线

按照仪器的分析条件，设置测试方法，运行标准工作溶液1 和标准工作溶液2 及内标工作溶液。8 种元素的线性方程及相关系数见图1。由图1 可以看出，各元素的线性相关系数均大于0.999，能很好地满足测试要求。

图1 8种元素的线性方程及相关系数

2.2 两种微波消解方法的结果比较

通过ICP-MS运行标准工作溶液所建立的校准曲线来测定待测样品中8 种元素的含量。本试验对棉布和化纤布两种不同的纺织品样品中加入不同质量浓度的混合标准溶液，且添加的质量浓度分别为低质量浓度0.001 mg/L、中质量浓度0.01 mg/L和高质量浓度0.05 mg/L（其中Hg 的添加质量浓度为低质量浓度0.000 1 mg/L、中质量浓度0.001 mg/L和高质量浓度0.005 mg/L），每个样品进行3次平行试验。两种不同的纺织品样品的加标回收率及相对标准偏差（RSD）见表5和表6。

由表5 和表6 可知：超级微波消解棉布的加标回收率为90.8%～98.6%，相对标准偏差为0.5%～4.7%；消解化纤布的加标回收率为90.1%～98.4%，相对标准偏差为0.8%～4.2%。而传统微波消解棉布的加标回收率为85.8%～94.8%，相对标准偏差为0.9%～4.2%；消解化纤布的加标回收率为85.2%～94.7%，相对标准偏差为0.8%～5.0%。所测结果的相对标准偏差均在0.5%～5.0%，完全能满足测试要求。此外，从加标回收率结果可知，超级微波的消解效果明显要好于传统微波的消解效果，可能是由于超级微波的消解温度（235 ℃）明显高于传统微波的消解温度（180 ℃），使得样品消解得更加彻底。

表5 超级微波消解8种元素的加标回收率及相对标准偏差

表6 传统微波消解8种元素的加标回收率及相对标准偏差

超级微波处理每个样品的用酸量为3 mL，而传统微波则为10 mL。同时，超级微波每批处理样品的时间为45 min，且每批可同时处理24 个样品，操作非常简单（所有微波管均放在一个腔体内）；而传统微波每批处理样品的时间为60 min，且每批只能同时处理10个样品，操作十分繁琐（每个微波管都是相互独立的，拆装起来很麻烦）。最重要的是，超级微波带有压力控制系统，压力达到上限后可以自动泄压，操作过程非常安全；而传统微波则是通过温度控制系统来调节的，对于某些特定的样品（如橡胶等样品），在达到一定的温度时会发生剧烈反应，很可能导致爆管，甚至带来火灾等安全隐患。

2.3 方法检出限和定量下限

根据样品的测试方法，同时制备7个质量浓度为0.000 5 mg/L的样品加标溶液（相应的Hg的加标质量浓度为0.000 05 mg/L），置于ICP-MS仪器中测试。其中，检出限的测定方式是以3倍加标质量浓度的标准偏差（SD）来计算的，定量下限则是以10倍加标质量浓度的标准偏差来计算的。最终所得8种元素的检出限为0.01～0.3 mg/kg，定量下限为0.03～1.0 mg/kg，完全能满足纺织品中金属元素的测试要求。