塑料微波消解前处理条件探讨

塑料微波消解前处理条件探讨

摘要:

在各种塑料及其制品的重金属元素测定中，对微波消解前处理的条件进行探讨。样品采用微波消解进行消化，消解后的溶液用电感耦合等离子体原子发射光谱仪(ICP-AES)进行元素检测。各种有代表性塑料样品的元素回收率及对EC680 有证标准物质3 次平行测定的结果显示确定的微波消解前处理条件令人满意。

关键词

塑料;重金属;微波消解;前处理参数

正文

塑料具有多种优良性能，在工农业生产和日常生活中具有广泛用途。塑料在技术进步和广泛应用的同时，塑料及其制品中某些元素和各种添加剂等对人体健康的影响越来越引起人们的重视。并已逐步成为许多出口塑料及其制品必须检测的项目之一。然而塑料是用酸最难溶解的试样之一，单独采用常用的酸如HNO3、HCl、王水、HClO4在常规条件下都不能将其溶解，通常只能用高温灰化法,其灰化残渣再用酸溶解。但由于塑料在高温灰化时易发生燃烧,使温度难于控制,可能使某些元素造成不可控制的损失。有报道对多种塑料原料中铅、镉和汞的测定方法进行了初步的研究。对不同塑料采用不同的消解方法，对不同元素采用不同的仪器检测方法，使得方法烦琐。有报道炭化酸溶法消解PVC 塑料ICP-AES 法测定镉铬铅钡砷硒等元素，采用炭化酸溶法消解PVC 塑料，该方法虽避免高温灰化，但操作步骤比较烦琐，且只适用于PVC 塑料，此外也由于开放式高温消解，仍无法避免汞、砷等元素的损失。还有微波消解电感耦合等离子体-原子发射光谱法同时测定塑料中镉、铅、汞和铬方法，样品采用浓硝酸加入少量浓硫酸微波消解虽然可改善塑料的消解效果,但即使少量的硫酸也可能使铅和钡元素测定结果偏低以及精密度较差。还有文章选用硝酸-过氧化氢-氟硼酸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原子发射光谱仪(ICP-AES)进行元素检测，结果令人满意。

1 材料与方法

1.1 仪器与试剂

1.1.1 仪器

微波消解仪;研磨机;低温破碎机等。

1.1.2 试剂

除另有规定外，试剂均为分析纯，水为蒸馏水。

铅、汞、铬、镉、钡和砷标准品;硝酸;高氯酸;硫酸;氢氟酸;过氧化氢;四氟硼酸;盐酸。

1.2 样品制备

对大块塑料制品，应用剪刀将样品预先剪至大小为2 cm×2 cm 再研磨;对厚度小于0.5 mm 的塑料膜样品，用剪刀将样品剪至尺寸小于5 mm×5 mm 小碎片而直接用于分析。

2 样品消解处理

样品的消解处理是分析的关键所在。对此进行了重点研究，通过以下实验确定了一种快速的可适用各种塑料消解的样品前处理方法。

结果表明，大多塑料采用硝酸加过氧化氢即可消解，但ABS 则需加HClO4 或H2SO4，也可加HF 或HBF4，考虑到HClO4 容易爆炸不采用，而H2SO4 则容易使铅和钡元素偏低，HF 或HBF4 有类似效果，但HBF4 使用方便，因此，最终确定采用浓硝酸、过氧化氢、四氟硼酸混合酸等溶剂消解。

2.2 微波消解程序参数的选择

微波消解处理样品的关键是寻找合适的消解试剂，此外，微波消解程序参数也十分重要。我们选择了不同的微波消解程序参数对ABS 进行实验。

2.2.1 微波消解温度的确定

采用微波消解程序：

恒温T℃;时间：20min;

T = 200，210，220 ℃。

结果说明：随着温度的升高，沉淀的量越来越少，ABS消解越来越完全。

2.2.2 微波消解时间的确定：

采用微波消解程序：

220 ℃恒温;时间：改变。

分别改变微波消解的恒温时间为：10min、15 min、20 min。

采用的酸体系为：5 mL HNO3+1.5 mL H2O2+ 1.5 mL HBF4微波消解结果ABS 沉淀的量：10min > 15 min > 20 min。

结果说明：随着微波消解恒温时间的延长，沉淀的量越来越少， ABS 消解越来越完全，20 min 的恒温时间结果几乎没有沉淀生成。

3.3 ABS 残渣检查与确认

在进行大量各种塑料材料的消解处理时发现个别ABS 样品即使加HBF4 消解仍有极少量不溶物，但沉淀经以下方法检查确认未检出待测元素，因而不影响测定。某ABS 消解溶液过滤，烘干残渣，称重，结果表明，残渣干重均小于10 mg，占所称样品不到5 %，此外，还通过平行消解多份样品，过滤，合并多个样品残渣，再用波长色散X射线荧光光谱仪定性，结果表明，无机元素均未检出(<30 mg/kg)，表明残留极少量不溶物不影响本方法的准确性。

4 验证实验结果

由于含铅，镉，铬，汞，钡以及砷的塑料标准样品种类较少，为了更全面真实地考本方法对不同类型塑料材料实际样品分析的准确性，选取PE 塑料EC680 有证标准物质进行验证实验,获得满意结果。并选取聚乙烯(PE)、聚氯乙烯(PVC)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯材料(PS)、聚碳酸酯(PC)、尼龙(Nylon)等有代表性塑料样品通过标准加入回收实验，计算回收率方法来验证方法的准确性。具体加标方法：每种塑料样品分别称取两个均为0.2000 g，其中一个加入50 μg 的铅，镉，铬，汞，钡以及砷，而另一个不加，两个样品均按照文章确定的参数，用ICP-AES 进行测试。本方法包括汞、砷元素在内六种元素回收率均在86.5 %～113.6 %之间，满足痕量分析准确度要求，表明本方法适用不同类型塑料。