电感耦合等离子体发射光谱法测定聚氯乙烯塑料中的重金属元素

电感耦合等离子体发射光谱法测定

聚氯乙烯塑料中的重金属元素

宋霞　孙雪萍 　李文静

(洛阳大学环境与化学工程学院　河南省洛阳市洛龙区　471023)

摘　要　电感耦合全谱直读等离子体发射光谱直接测定聚氯乙烯塑料中4种重金属元素,采用离峰背景扣除光谱干扰,测试精密度为0.46%—2.07%,测定元素的回收率为96.2%—102.5%。具有检出限低、灵敏度高等特点。

关键词　电感耦合等离子体-原子发射光谱法,聚氯乙烯塑料,重金属元素。

中图分类号:O657.31　　　文献标识码:A　　　文章编号:1004-8138(2007)05-00-04

1　引言

为了使塑料具有稳定的物理化学性质和特定的用途,往往需要添加多种重金属元素。塑料产品中的重金属元素如铅、铬、汞、镉对人类健康和环境会造成很大危害,许多国家和地区纷纷出台各种法令和标准禁止或在塑料中添加各种重金属元素,欧盟于2003年2月13日制定的WEEE和ROHS指令,规定2006年7月1日起所有在欧盟市场上出售的电子电气设备必须禁止使用铅、镉等重金属,中国的信息产业部也在着手制定类似欧盟的法令。因此,测定塑料中的镉、铅、汞和铬4种元素具有十分重要和现实的意义。

目前国家大部分检测机构和科研机构都采用单个元素分别按照不同的测试方法标准来进行,用到的仪器有ICP-AES[1](主要测试Pb、Cd、Hg)、原子吸收[2][主要测试Cr(Ⅵ)]。虽然这些方法对于每一种微量有害物质的测定精密度很高,但投资太大,并不适用于所有的工厂和单位。本文采用现代的ICP-AES不仅可以测试铅、汞、镉的含量,还可以测定总铬的含量,建立了ICP-AES同时测定微量重金属杂质Pb、Hg、Cd、Cr,并用于实际样品分析,获得良好效果。

2　实验部分

2.1　主要仪器与试剂

ICP-AES原子发射光谱:德国Spectro公司Ciros Vision FVE12全谱直读等离子体发射光谱仪;Pb、Hg、Cr、Cd标准溶液:浓度均为1000mg/L;

:优级纯;双氧水:优级纯;盐酸:优级纯;实验用水:去离子水。

2.2　仪器工作条件

射频功率:1250W;等离子气体流量:15L/min;雾化气体流量:0.8L/min;辅助气体流量:

联系人,电话:(0371)61826538;E-mail:sx p@lyu.edu.cn

作者简介:宋霞(1962—),女,山东省潍坊市人,副教授,硕士,主要从事工程材料学方向研究工作。

收稿日期:2007-05-24;接受日期:2007-06-17

0.2L /min ;进样方式:蠕动泵进样;提升速度:1.5mL /min ;积分时间:30s ;清洗时间:45s ;波长:Pb 220.353nm 、Hg 184.950nm 、Cr 267.716nm 、Cd 214.438nm 。2.3　标准溶液的配制　　见表1。2.4　实验方法

0000g 于100mL 烧杯中,加入10mL(1+1),盖上表面皿于95±5℃加热约10min 。冷却5m in 后再加入浓5m L ,盖上表面皿持续加热30min ,有棕

表1　标准溶液系列

(mg /L )

标准溶液编号各待测元素加入量Pb Hg Cr Cd S0

0.000.000.000.00S10.500.300.150.10S2 1.000.600.300.20S 3

1.50

0.90

0.60

0.40

色烟雾产生。重复此步骤,直到无棕色烟雾产生,硝化过程结束。继续将以亚沸腾蒸发只剩5mL (整个硝化过程约3h )。冷却后加入2m L 去离子水及3mL 30%的双氧水,加热,剧烈反应。持续每次加入1mL 双氧水直到不再剧烈反应,盖上表面皿加热至溶液剩下5mL 。冷却后加入10mL 浓盐酸,盖上表面皿,以95±5℃加热15min,冷却后过滤,滤液以100mL 容量瓶收集并加去离子水定容至刻度线,以ICP -AES 进行定量分析并做同步空白实验。

3　结果与讨论

3.1　分析线的选择及校准曲线线性相关系数3.1.1　分析线的选择

ICP -AES 对每个元素的测定都可以同时选择多条特征谱线。因此实验中对于每个元素均选取几条谱线,观察其发射强度、共存元素干扰情况、信背比、检出限等,从中选择干扰小、检出限和信背比高的谱线(列于表2)。

表2　各元素分析线

(nm )

待测元素Pb Hg Cr Cd 谱线

220.353

184.950

267.716

214.438

3.1.2　校准曲线线性相关系数

　　相关系数r >0.9998在PVC 中重金属元素含量的范围内保持较好的线性关系,列于表3。3.2　方法检出限

在本方法的测定条件下,用2%空白溶液连续测定11次,其结果的3倍标准偏差所对应的浓度值为每种元素的检出限,列于表4。

表3　分析谱线波长获得的相关系数

待测元素测量波长(nm)线性相关系数(r )

Pb

220.3530.99997Hg 184.9500.99999Cr 267.7160.99986Cd

214.438

0.99994

表4　方法检出限

( g /mL )

待测元素Pb Hg Cr Cd 检出限

0.003

0.005

0.001

0.001

3.3　样品测试结果

用本方法对不同规格PVC 中的Pb 、Hg 、Cr 、Cd 的含量进行测定,结果列于表5。

1

第5期宋霞等:电感耦合等离子体发射光谱法测定聚氯乙烯塑料中的重金属元素

表5　PVC 样品的测定结果

(mg /g )

样品编号

Pb Hg Cr Cd 110.299 2.245 4.2800.291210.297 2.167 3.8700.363310.304 2.173 4.2380.234410.296 2.279 4.2410.3675

10.300

2.224

4.621

0.320

3.4　背景与谱线干扰校正

在分析过程中,要同时检测PVC 中的4种重金属元素,为此,进行了元素间的光谱干扰试验,结果发现所选择的元素分析线不受基体和元素相互之间的光谱干扰。此外,在实验中还才采用离峰背景扣除法(即在分析线两侧适当的位置)进行背景校正并使标准化溶液中的组成与试样溶液的组成相同或相近,达到基体匹配,以改善直接光谱分析(不预先分离基体)方法的检出限和准确度。当分析线两侧不处于同一水平线时应采用二维方法扣除背景。

例如

:

图1　样品中Cd 的测试谱图(单边扣除背景

)图2　样品中Cd 的测试谱图(二维方法扣除背景)

图中:

031300——PVC 样品编号;S 1-Cd ——0.10mg /L Cd 标准液;S 2-Cd ——0.20mg /L Cd 标准液;S 2-Cr ——0.30m g /L Cr 标准液。

由图1和图2中可以看出,只有正确的扣除背景才能保证结果的准确性。而且图中并没有出现S 2-Cr 的峰这就说明了在Cd (214.438nm )的分析线上不存在Cr 的干扰。3.5　精密度试验

按试验的方法对样品进行10次平行试验,各元素的的RSD 列于表6。

表6　方法的精密度

待测元素Pb Hg Cr Cd RSD (%)

2.070

0.459

1.722

0.714

3.6　回收率试验

称取0.5g PVC 样品8份,按照实验方法溶解过滤后分别针对不同的元素进行加标回收试验,

2

光谱实验室第24卷

并在相同的元素中再加入不同浓度的标准液后定容测试,进行对照比较,说明本方法的准确度,结果列于表7。

表7　4种重金属在PVC 样品中的加标回收率

元素Pb A B Hg

A B Cr

A B Cd

A B 加入量(mg/L)20.0015.00 5.008.00 2.00 3.00 2.00 1.50回收量(mg/L)19.2414.86 4.978.07 1.96 3.02 2.05 1.48回收率(%)

96.2

99.1

99.4

100.9

98.0

100.6

102.5

98.7

4　结论

应用全谱直读等离子体发射光谱仪同时测定PVC 中的铅、汞、铬、镉4种元素。重点讨论分析的选择、被测元素的干扰等问题,通过检出限、精密度、回收率试验,证明该方法具有简便快速、检出限低、灵敏度高、线性范围宽、干扰小等特点,其准确度和精密度都能满足PVC 分析要求。

参考文献

[1]李艳秋,薛秋红,程刚,蔡发,马昕.电子电器产品塑料部件中限用有害金属元素的X 射线荧光定性筛选和ICP-AE S 定量测定

[J ].光谱实验室,2006,23(4):680.

[2]王岩,韦璐,靳春林,邵建强,任义广,高建民.塑料原料中有重金属铅、镉、汞的测定[J].工程塑料应用,2004,32(8):50.

Determination of Regul ated Heavy Metal Elements

in Polyvinyl Chl oride Plastic by ICP -AES

S ONG Xia 　S UN Xue-Ping 　L I Wen-Jing

(Environmental and Chemical Engineering College ,L uoy ang Univ ersity ,L uoy ang ,H enan 471023,P .R .China )

Abstract 　T he 4heavy m etal elements in polyv inyl chloride plastic w ere determ ined simultane-ously by inductive coupling plasma AES .The background -dev iating -from -peak method was used to proofread the spectral interference.T he accuracy is 0.46%—2.07%,and the recovery for the ele-ments are in the range of 96.2%—102.5%.The method is sensitive and accurate.

Key words 　ICP -AES ,Polyvinyl Chloride Plastic ,Heavy Metal Element .

3

第5期宋霞等:电感耦合等离子体发射光谱法测定聚氯乙烯塑料中的重金属元素