微波消解-ICP法测定纺织品中十种微量元素含量

2022-09-11

引言

纺织品在印染和后整理过程中, 为提高纺织品的色牢度及改善成品风格。使用的染料、助剂和整理剂常常含有微量无机元素[1];此外, 纺织品原料如植物纤维和动物纤维在生长过程中, 通过土壤和食物吸收微量元素[2]。因此, 纺织品在不同程度上均含有一定量的微量元素。其中的微量元素对人体的累积毒性相当严重, 一旦为人体所吸收会在肝、骨骼、肾、心脏及脑中聚集, 当积累到一定程度时便会对健康造成极大伤害。废弃纺织品中微量元素成分在生态系统中也会造成循环积累, 对自然环境构成威胁[3]。

目前国际上生态纺织品标准OKETEX100对于纺织品中铅、镉等金属含量均有严格限量, 本文选用硝酸-盐酸-过氧化氢高压密闭微波消解技术对样品进行消化, 消解后的溶液用电感耦合等离子体发射光谱仪 (ICP-AES) 进行元素检测, 该方法不仅适用于天然纺织品, 而且适用于高分子纺织材料如涤纶、晴纶等各种纺织品中多种微量元素含量检测, 所得结果令人满意。

一、试验部分

1. 主要仪器与试剂

(1) 仪器:Ethos1微波消解仪 (具有温度控制传感器) 、i CAP6300ICP发射光谱仪、METTLERAE200分析天平 (1/1000) 等。

(2) 试剂

除另有规定外, 试剂均为分析纯, 水为蒸馏水。砷、钡、镉、钴、铬、铜、镍、铅、锑和硒标准品;硝酸;过氧化氢;盐酸。

2. 样品制备

取有代表性的棉、毛、涤纶、腈纶样品, 用剪刀将样品剪至尺寸小于5mm×5mm小碎片直接用于分析。

3. 样品前处理

将剪碎的四种纺织样, 精确称取样品0.2g (精确到0.001g) 于消解罐中, 分别加入5.0m LHNO3、1.5m LH202、1.5m LHCl, 拧紧罐盖, 按照表1的消解程序进行消解。定容:消解完成后, 静置冷却, 取出消解罐, 在100℃电炉进行赶酸一小时。将消解液过滤转移至25ml容量瓶中, 用超纯水定容至刻度。在最优化试验条件下直接用ICP-AES法测定各元素含量, 同时做空白试验。

4. 仪器工作条件

射频功率1150W, 辅助气流量0.5L/min, 雾化气流量0.7L/min, 积分时间30s。分析波长 (光谱衍射级) :As193.7nm (474) , Ba233.5nm (445) , Cd228.8nm (447) , Co228.6nm (447) , Cr267.716nm (126) , Cu224.7nm (450) , Ni221.6nm (452) , Pb220.3nm (453) , Sb206.8 (463) , Se196.0nm (472)

二、结果与讨论

1. 微波消解试剂的选择

通过对各种试剂交叉配对进行消解, 结果表明, 多数纺织品采用硝酸加过氧化氢即可消解, 但涤纶、PU、及带涂层的纺织品则需加入HCl O4、H2SO4及HCl, 考虑到HCl O4容易爆炸不采用, 而H2SO4则容易使铅和钡元素偏低, 参考相关研究报道[4], 本文最终确定采用的酸体系为:5m LHNO3+1.5m LH202+1.5m LHCl。

2. 微波消解程序的优化

对于温控型微波消解仪, 需要进行优化的条件主要有两个, 分别为恒温温度和恒温时间的选择。

(1) 恒温温度选择试验中, 经过两次升温后第四步恒温温度分别设定为:180, 200, 210, 220℃。结果发现棉、毛为代表的天然纤维在180℃可以做到消解完全, 加标回收率达到, 但涤纶、腈纶等高分子材料在此温度下不能做到完全消解, 需要220度才能做到基本消解完全。

(2) 恒温时间

试验中分别改变微波消解的恒温时间为:20min、30min、40min结果表明:随着微波消解恒温时间的延长, 沉淀的量越来越少, 涤纶等样品消解越来越完全, 40min的恒温时间结果几乎没有沉淀生成。

为了避免消解初期温度快速升高造成剧烈反应引发爆罐问题, 在升温的过程中设置一个缓冲的反应温度120℃, 并保持5min, 然后再升至指定温度220℃。从实验结果发现, 消解温度越高, 恒温时间越长, 对消解越有利。考虑到安全性和满足消解对测定要求的前提下, 确定表1中的微波消解程序。

3. 回归方程、线性范围与检出限

在已经优化的测定条件下, 用y表示所测定的系列标准浓度中各元素的谱线强度, 用x表示各元素的浓度, 再以谱线强度y对浓度x (mg·L-1) 进行线性回归。空白溶液经连续测定11次, 其3倍标准偏差所对应的各元素的浓度值为检出限。如表1所示, 十种元素的线性回归方程相关系数均大于0.999, 检出限为0.04-0.068μg·kg-1。线性范围在0.0014-5.0mg·L-1范围内, 十种元素的谱线强度与其浓度都具有很好的线性关系。

4. 加标回收试验

取四种不同组分的空白样品进行加标回收实验, 现在称量好的各样品中分别添加含有砷、钡、镉、钴、铬、铜、镍、铅、锑和硒的标准溶液, 使得浓度含量均为0.2mg·kg-1。样品按1.3方法处理后依据1.4方法进行检测所得结果如表3所示

结论

微波消解辅助ICP-AES法可以快速准确同时地检测纺织品样品中砷、钡、镉、钴、铬、铜、镍、铅、锑和硒十种微量元素;该方法已成功用于对棉布、毛料、涤纶、腈纶等多种纺织品中元素的分析。

摘要：采用微波消解纺织品, 其试液用电感耦合等离子体发射光谱仪 (ICP-AES) 法同时测定样品中As、Ba、Cd、Co、Cr、Cu、Ni、Pb、Sb、Se等10种微量元素。将微波消解条件、仪器分析条件进行了优化, 确定了最佳测定条件。结果表明, 该检测方法的检出限为0.04-0.068μg/L, 回收率可以达到84%-106%。该法具有准确、快速、简便的特点, 应用于纺织品中微量元素的测定, 结果满意。

关键词：纺织品,微量元素,微波消解,ICP