光譜技術(shù)在紡織品檢測中的應(yīng)用(一)——X射線熒光能譜儀在紡織品重金屬檢測中的應(yīng)用

林素君 王永勝 賀蓉暉 聶素雙 龔 龑

(北京服裝學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院,北京 100029,中國)

光譜技術(shù)在紡織品檢測中的應(yīng)用(一)
——X射線熒光能譜儀在紡織品重金屬檢測中的應(yīng)用

林素君 王永勝 賀蓉暉 聶素雙 龔 龑＊

(北京服裝學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院,北京 100029,中國)

近年來,世界各國對紡織品中的有害物質(zhì)含量的控制已越來越嚴(yán)格。對紡織品中重金屬檢測方法的現(xiàn)狀進(jìn)行了概括,進(jìn)一步介紹了X射線熒光能譜法在紡織品重金屬檢測上的應(yīng)用。采用X射線熒光能譜法檢測布樣中的重金屬和采用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法(ICP-AES)檢測結(jié)果基本一致。結(jié)果表明:X射線熒光能譜法是一種有效的紡織品中重金屬檢測方法,也為紡織品中重金屬的檢測提供了一種快速、簡便、無損的初篩方法。

紡織品檢測;重金屬;X射線熒光能譜儀 ;應(yīng)用

1 引言

近幾年來,國際上對紡織品中的有害物質(zhì)含量的控制越來越嚴(yán)格。目前,生態(tài)紡織品標(biāo)準(zhǔn)及國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)[1]等主要包括甲醛、耐水色牢度、耐汗?jié)n色牢度、耐摩擦色牢度、耐唾液色牢度、可分解芳香胺、可萃取重金屬[2](銻、砷、鉛、鎘、鉻、鈷、銅、鎳、汞)、含氯苯酚(四氯苯酚、五氯苯酚)、有機(jī)氯載體、p H值等檢測項目。

其中重金屬,如鎳、鎘、鉛、銅、鈷、砷、鉻、銻、汞[3]等,廣泛存在于各種紡織染料和后整理劑中。重金屬積聚過高,對人體的危害已為世界所公認(rèn)[4]。因此,對于紡織品中重金屬含量的限制,尤其是發(fā)達(dá)國家和地區(qū)的要求更嚴(yán)格,通過技術(shù)法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)及預(yù)警機(jī)制等對其進(jìn)行約束。

我國雖然是國際上紡織品出口大國,但對生態(tài)紡織品檢測技術(shù)的研究起步較晚,在紡織品預(yù)警機(jī)制及檢測技術(shù)上總體落后。雖然于近些年我國也陸續(xù)頒布了一些檢測技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn),但在具體實(shí)施過程中出現(xiàn)了許多問題。因此研究新的能夠快速、準(zhǔn)確、高效地對紡織品的安全進(jìn)行檢測的方法,已經(jīng)越來越受到關(guān)注。

隨著近年來光譜技術(shù)的快速發(fā)展[5],各種光譜檢測技術(shù)在紡織品檢測上的應(yīng)用也越來越廣泛[6]。目前,檢測手段主要有:電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法、原子吸收分光光度法、原子熒光分光光度法[7]、紫外可見分光光度儀、紅外光譜儀、拉曼光譜法等。

X射線熒光光譜分析做到了真正意義上的無損檢測[8]。被測樣品在測量前后,化學(xué)成份、重量、形態(tài)等都保持不變;而且其分析速度快,檢測一個樣品中所含的各種元素只需3 min左右;且其精密度高,準(zhǔn)確度好;自動化程度高;可以快速(半)定量地分析一個樣品中各元素的含量水平;

我們采用能量色散X射線熒光能譜儀(EDXRF)對紡織品中的重金屬進(jìn)行檢測,紡織品在檢測前后完全無損,并且測量時間短,只需1 min左右。檢測范圍從Na到U元素。各元素譜圖清晰,不容易誤認(rèn)[9]。是一種可開發(fā)的快速,無損,有效的檢測手段。

2 實(shí)驗部分

2.1 儀器及試劑

QUANT’X型能量色散X射線熒光能譜儀(美國Thermo公司)。

銅單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液(300 mg/L):稱取五水合硫酸銅(CuSO4·5H2O)(分析純)0.5852 g,用去離子水溶解,定容至500 mL。再用300 mg/L的銅標(biāo)準(zhǔn)溶液,再分別稀釋至30、3 mg/L銅標(biāo)準(zhǔn)溶液;

鉻單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液(120 mg/L):稱取九水硝酸鉻[Cr(NO3)3.9H2O](分析純)1.1544 g,用去離子水溶解,定容至500 mL。再用120 mg/L的鉻標(biāo)準(zhǔn)溶液,分別稀釋得30、3 m g/L的鉻標(biāo)準(zhǔn)溶液。

2.2 樣品制備

嬰幼兒服裝(市場采購);民國三、四十年代布樣(民族服飾博物館提供),詳細(xì)檢測樣品列于表1。

表1 樣品Table 1 Sam ples

將待測樣品1～6,12～14分別放入聚乙烯材料的樣品杯中,(待測樣品1～6取液5 mL)靜置20 min無異樣后,將樣品杯放入樣品臺進(jìn)行測量,樣品7～11,直接放入儀器樣品臺進(jìn)行檢測,如圖1所示。

圖1 待測樣品示例Figure 1.Sam ples to be investigated.

2.3 儀器條件

能量色散X射線熒光能譜儀工作條件如表2所示。

表2 儀器參數(shù)(EDXRF)Table 2 Instrumental parameters(EDXRF)

3 結(jié)果與討論

3.1 溶液樣品的分析結(jié)果

采用X射線熒光能譜儀對1～6號溶液樣品中的重金屬檢測結(jié)果如表3所示。

表3 樣品(1～6)EDXRF實(shí)驗結(jié)果Table 3 EDXRF data for the samples 1～6

從表3中的檢測結(jié)果,可以看出,用X射線熒光能譜儀對溶液樣品進(jìn)行檢測,檢出能力可達(dá)到10-6mg/L。因此,X射線熒光能譜法完全可以做為檢測紡織品中有害重金屬元素的快速的初篩方法[10]。

3.2 嬰幼兒服裝重金屬檢測的 EDXRF與 ICPAES的對比分析結(jié)果

采用X射線熒光能譜儀對市場采購的嬰幼兒服裝中重金屬Cu進(jìn)行檢測如表4所示,對比ICPAES和EDXRF檢測結(jié)果如表5所示。

表4 樣品(6～9)EDXRF實(shí)驗結(jié)果Table 4 EDXRF data for the samples 6～9

表5 ICP-AES與EDXRF實(shí)驗結(jié)果對比Table 5 Comparison of EDXRF data with ICP-AES data

從表5可以看出采用X射線熒光能譜儀對紡織品布樣中所含的重金屬直接進(jìn)行檢測,檢出能力可以達(dá)到10-6mg/L,而且通過后期大批量嬰幼兒服裝重金屬檢測項目的EDXRF檢測結(jié)果看,結(jié)果基本一致。采用X射線熒光能譜儀作為紡織品重金屬的方便、有效的初篩手段是具有很大可行性的。

3.3 不同年代布樣的分析結(jié)果

通過對民國時期布樣的前期歷史背景等綜合分析,我們發(fā)現(xiàn)該布樣采用的不是當(dāng)時傳統(tǒng)工藝即植物染料進(jìn)行的染色[11]。因此,我們采用X射線熒光能譜儀對民國時期的布樣進(jìn)行檢測,用來進(jìn)一步研究推斷當(dāng)時的染色工藝。其結(jié)果如表6所示。

表6 民國布樣檢測結(jié)果Table 6 EDXRF data for the cotton fabric samples (1940s,1950s)

從檢測結(jié)果均含有硫元素,可以進(jìn)一步推斷,該布樣采用外國進(jìn)口硫化染料進(jìn)行的染色。推斷該布樣的工藝為當(dāng)時國內(nèi)民族企業(yè)自力更生,自己紡布,并采用外國進(jìn)口硫化染料進(jìn)行染色,極大地抵制了當(dāng)時外國進(jìn)口布料對國內(nèi)紡織企業(yè)的沖擊。

3.4 實(shí)驗譜圖示例

采用能量色散型X射線熒光能譜儀分別對溶液樣品,嬰幼兒服裝及歷史布樣三類樣品進(jìn)行了檢測?，F(xiàn)將溶液2號樣品,嬰幼兒服裝8號樣品及歷史布樣12號樣品作為三類樣品的代表,將其檢測結(jié)果譜圖如圖2、圖3及圖4所示。

圖2 樣品2 EDXRF檢測譜圖局部放大圖Figure 2.The EDXRF spectrum of the Sam ple 2.

圖3 樣品8 EDXRF檢測譜圖Figure 3.The EDXRF spectrum of the Sample 8.

4 結(jié)語

從以上分析,可以看出采用X射線熒光能譜儀對紡織品這類輕基材類樣品中的重金屬進(jìn)行檢測,無損,快速,有很大的研究空間。同時,也存在一些局限性。EDXRF對原子序數(shù)較低的輕元素(Na, Mg,Al等)靈敏度低;并且只能檢測表面。相信對樣品檢測各種前處理手段的進(jìn)一步研究,X射線熒光能譜儀的檢出能力及精密度將進(jìn)一步得到提高。

目前,已有拉曼光譜在紡織品中四氯苯酚痕量檢測上的應(yīng)用研究,中科院固體所楊亞軍[12]利用銀納米“樹枝晶”的表面增強(qiáng)拉曼散射效應(yīng),實(shí)現(xiàn)了對四氯聯(lián)苯的快速、痕量檢測。隨著光譜技術(shù)應(yīng)用研究的不斷深入,相信光譜技術(shù)在紡織品檢測上的發(fā)展前景巨大。

譜圖4 樣品12 EDXRF檢測譜圖Figure 4.The EDXRF spectrum of the Sample 12.

[1]王俊杰,魏玉娟,吳麗.生態(tài)紡織品標(biāo)準(zhǔn)及檢測[J].染料與染色,2009,46(02):49-51.

[2]由瑞,薛璐,布巖.紡織品中有害化學(xué)成分的檢測技術(shù)研究[J].山東紡織經(jīng)濟(jì),2010(04):56-58.

[3]池海濤,張小莉,周曉晶,張經(jīng)華.我國生態(tài)紡織品檢測技術(shù)進(jìn)展[J].毛紡科技,2008(09):61-63.

[4]傅科杰,楊力生,童魯波,等.紡織品中殘留重金屬的來源因素分析[J].檢驗檢疫科學(xué),2004,14(04):25-27.

[5]陳海相.微波消解-原子吸收法測定天然紡織品中重金屬[J].現(xiàn)代紡織技術(shù),2006(02):42-44.

[6]陳軍,黃小維.紡織品的金屬殘留分析技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢[J].印染,1999(03):28-30.

[7]丁曉峰,乙小娟,劉麗萍.微波灰化-原子熒光測定紡織品中的痕量砷[J].印染,2002(09):33-34.

[8]張林艷,戴挺.能量色散 X射線熒光光譜儀的現(xiàn)狀[J].現(xiàn)代儀器,2008(5):50-53.

[9]Ernst T,Popp R,Van Eldik R.Quantification of heavy metals for the recycling of waste plastics f rom electrotechnical app lications[J].Talanta,2000,53(2):347-357.

[10]染料工業(yè)發(fā)展史.http://www.docin.com/p-48887747. html.

[11]薛泮海.淺談染料[J].黑龍江交通科技,2010(2):139.

[12]Yang Yajun,Meng Guowen.Ag dendritic nanostructures for rapid detection of polychlorinated biphenyls based on surface-enhanced Raman scattering effect[J].Journal of Applied Physics,2010,044315(107):1-5.

Application of a Spectroscopic Technology in Textile Testing(A)——Application of Energy Dispersive X-ray Fluorescence Technology (EDXRF)in Detecting Heavy Metals in Textiles

LINSujun,WANG Yongsheng,HE Ronghui,NIE Sushuang,GONG Yan＊

(School of Materials Science&Engineering,Beijing Institute of Fashion Technology,Beijing100029,China)

In recent years,it has become more and more stringent to control over harmful substance contents in textiles among the nations in the world.In this paper,an overview for current situation of analytical techniques used for detecting heavy metals in textile was given.Furthermore,the application of energy dispersive X-ray fluorescence technology(EDXRF)in detecting heavy metals in textilewas introduced.The testing resultsof the heavy metals in the textiles by EDXRF were basically consistent with those by ICP-AES.Our studies showed that EDXRF isan effective analyticalmethod for detecting heavymetals in textiles.It can be used asa screeningmethod for quick,simple,non-destuctive detection of heavy metals in textiles.

textile testing;heavy metal;EDXRF;app lication

O657.62;O657.34

A

2095-1035(2011)02-0058-05

10.3969/j.issn.2095-1035.2011.02.0011

2011-1-23

2011-03-26

服裝材料研究開發(fā)與評價北京市重點(diǎn)實(shí)驗室資助項目(2009ZK-06);北京市教委面上項目資助,編號:(AJ2010-08)。

林素君,女,碩士。主要從事材料檢測和應(yīng)用化學(xué)研究。Email:linsujun.bift@gmail.com

龔龑,男,副教授。主要從事納米材料、仿生技術(shù)和應(yīng)用化學(xué)等研究。