石墨爐原子吸收光譜法測(cè)定碳纖維中微量元素鉛的含量

牛洪亞，薛 嵩，魏 寧

(1.中國(guó)平煤神馬集團(tuán)汝州電化有限公司，河南汝州 467500;2.江蘇省化工設(shè)計(jì)院有限公司，江蘇徐州 221000;3.國(guó)家煤炭質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心(西安)，陜西西安 710054)

0 引言

碳纖維是一種影響質(zhì)量因素極其復(fù)雜、生產(chǎn)過程非常精細(xì)的產(chǎn)品［1］。碳纖維具有軸向強(qiáng)度、模最高，抗疲勞、耐腐蝕、導(dǎo)電導(dǎo)熱性良好等優(yōu)點(diǎn)，但其耐沖擊性較差［2］。所以，一般不單獨(dú)使用。常作為增強(qiáng)材料與樹脂、金屬、陶瓷等制成性能復(fù)合材料［3］。例如用碳纖維制造的增強(qiáng)塑料質(zhì)地強(qiáng)而輕、耐高溫、防輻射、耐水、耐腐蝕，是制造空間飛行器、?？哲娖鞑囊约盎つ透g設(shè)備等的優(yōu)良材料。這些優(yōu)秀特性是和碳纖維內(nèi)部的結(jié)構(gòu)和各種微量元素含量密切相關(guān)的。對(duì)纖維中微量元素的測(cè)定，原有的原子發(fā)射法、分光光度法等消耗大，成本高，用人多，工作效率低，而且結(jié)果準(zhǔn)確性差。

為提高產(chǎn)品質(zhì)量，穩(wěn)定工藝控制，開展堿纖維素中金屬元素分析方法的研究是及其必要的，對(duì)指導(dǎo)生產(chǎn)有著十分重要的意義。本文采用了石墨爐原子吸收光譜法，加入基體改進(jìn)劑，對(duì)生活用纖維中的痕量元素進(jìn)行了分析，該方法簡(jiǎn)便快速、結(jié)果準(zhǔn)確、靈敏度高、穩(wěn)定性好。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)儀器與試劑

1.1.1 儀器

GTA－120石墨爐，美國(guó) VARIAN公司;PSD120自動(dòng)進(jìn)樣器;SpectrAA－240原子吸收分光光度計(jì)，美國(guó)VARIAN公司;D2氘燈背景校正;Pb空心陰極燈;熱解涂層石墨管;KS－300D型超聲波清洗器，寧波科生儀器廠;Up900型超純水器，Human公司。

1.1.2 試劑

碳纖維，河南煤化集團(tuán)永煤碳纖維公司;Pb標(biāo)準(zhǔn)溶液，中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院，濃度為1 000 g/L，逐級(jí)稀釋至所需的標(biāo)準(zhǔn)工作溶液50 g/L。稀釋液為1%HNO3(體積比);基體改進(jìn)劑:5 g/L磷酸二氫銨(分析純)和2 g/L氯化鈀(分析純)。HNO3、過氧化氫為分析純，其他試劑均為優(yōu)級(jí)純，水為二級(jí)去離子水。所使用的玻璃儀器均用洗滌劑于超聲波清洗儀洗凈，水沖洗干凈晾干，再浸泡于10%HNO3洗液中24 h以上，水沖洗數(shù)遍，晾干，備用。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 儀器工作條件

波長(zhǎng)283.3 nm，狹縫0.4 nm，燈電流 7 mA，D2氘燈扣除背景，99.999%高純氬氣為保護(hù)氣，氬氣環(huán)境:10 μL;樣品進(jìn)樣 20 μL，基體改進(jìn)劑進(jìn)樣 5 μL，直接加入石墨管，采用自動(dòng)進(jìn)樣器一次進(jìn)樣;測(cè)量模式:峰高吸光度定量，標(biāo)準(zhǔn)曲線法計(jì)算。石墨爐升溫程序見表1。

表1 石墨爐自動(dòng)升溫程序

1.2.2 樣品處理

燒杯中取碳纖維樣100 mL，加入硝酸 5～10 mL，過氧化氫2～5 mL，在電熱板上蒸發(fā)至干，取下，加適量去離子水，硝酸0.5 mL使鹽類溶解。稀釋至刻度，搖勻。放入自動(dòng)進(jìn)樣器試劑位置，按表1條件進(jìn)行測(cè)定［4－5］。

1.2.3 校正曲線

儀器自動(dòng)將50 μg/L標(biāo)準(zhǔn)工作溶液用超純水稀釋為 0.0、5.0、10.0、15.0、20.0、25.0、30.0、40.0 μg/L系列鉛標(biāo)，建立標(biāo)準(zhǔn)曲線。線性范圍Pb:0～60 μg/L鉛工作曲線的相關(guān)系數(shù)為0.999 4。

1.2.4 樣品測(cè)定

將樣品裝入樣品杯中，儀器分別自動(dòng)吸入20 μL樣液，5 μL基體改進(jìn)劑測(cè)定，記錄結(jié)果。

2 結(jié)果與討論

2.1 燈電流的影響

實(shí)驗(yàn)證明，選擇合適的空心陰極燈燈電流，可得到較高的靈敏度與穩(wěn)定性。從靈敏度考慮，燈電流宜用小，但燈電流太小，燈放電不穩(wěn)定。從穩(wěn)定性方面考慮，燈電流要大。經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明當(dāng)燈電流強(qiáng)度為7 mA時(shí)，吸光度值最佳，所以，本實(shí)驗(yàn)選用7 mA。

2.2 灰化溫度和原子化溫度

試驗(yàn)中，鉛的灰化溫度在1 000～1 100℃，原子化溫度在2 000～2 300℃時(shí)，測(cè)定的數(shù)據(jù)穩(wěn)定。在保證準(zhǔn)確測(cè)定的前提下，選擇高的灰化溫度有利于干擾成分在灰化時(shí)揮發(fā)，選較低的原子化溫度有利于延長(zhǎng)石墨管的使用壽命。故測(cè)鉛選定灰化溫度1 050℃，原子化溫度為2 150℃。

2.3 基體改進(jìn)劑

碳纖維樣品中的基體成分較為復(fù)雜，尤其是鉀、鈉、鈣、鎂的含量較高，對(duì)石墨爐測(cè)定重金屬有很大的干擾，直接測(cè)定時(shí)的鉛回收率僅20% ～30%。所以消除實(shí)驗(yàn)中雜質(zhì)的干擾很關(guān)鍵，本文通過加入基體改進(jìn)劑消除基體干擾是較好的一種方法。試驗(yàn)中加入磷酸鹽、鈀鹽作為基體改進(jìn)劑時(shí)，磷酸根可與鉛絡(luò)合為較穩(wěn)定分子，可提高灰化溫度并使信號(hào)穩(wěn)定，溫度升至較高時(shí)不分解揮發(fā)，從而可以提高灰化時(shí)的溫度，使大部分干擾成分在灰化時(shí)揮發(fā)。采用鈀鹽作為基體改進(jìn)劑時(shí)，鉛的灰化溫度可由800℃提高1 000℃，鉛很少損失，而氯化鈉基體干擾基本消除，背景吸光度值較小，經(jīng)D2氘燈扣除背景可獲滿意結(jié)果［6］。

2.4 方法檢出限

用1.0 μg/L的鉛標(biāo)準(zhǔn)工作溶液和空白液按實(shí)驗(yàn)方法各測(cè)20次，求得檢出限為0.1 μg/L。

2.5 精密度實(shí)驗(yàn)

平行稱取5份碳纖維樣品，按本試驗(yàn)方法，在所選的工作條件下，測(cè)定鉛的含量，結(jié)果見表2。由表2可知，采用石墨爐原子吸收光譜法測(cè)定碳纖維中鉛的含量的方法具有良好的精密度。

表2 水樣鉛含量重復(fù)精密度測(cè)定

2.6 準(zhǔn)確度實(shí)驗(yàn)

取碳纖維樣品按實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行回收試驗(yàn)，回收率計(jì)算式:回收率 =［加標(biāo)樣品的含量－樣品理論含量(重復(fù)性中得到的平均含量)］/標(biāo)準(zhǔn)品加入量;結(jié)果見表3，鉛的回收率在94.0% ～102.0%之間，具有良好的準(zhǔn)確度。

表3 鉛的回收率測(cè)定

3 結(jié)束語(yǔ)

采用磷酸鹽、鈀鹽作為基體改進(jìn)劑，用石墨爐原子吸收法將樣品用稀酸溶解后直接進(jìn)樣測(cè)定，省去了通常必須的干灰化過程，避免了待測(cè)元素的污染和損失，加快了分析速度，消除了鉀、鈉、鈣、鎂在石墨爐測(cè)定鉛過程中的高背景干擾，提高了檢測(cè)靈敏度和準(zhǔn)確性，此法可以很好的適用于工業(yè)范圍內(nèi)鉛的測(cè)定，對(duì)于碳纖維的生產(chǎn)加工具有重大的指導(dǎo)意義。

［1］Harvey D.Modern analytical chemical［M］.First Edition.McGraw Hill:James M.Smith，2000:298－305.

［2］Zhang C X，Zhou G J.Analytical Chemistry［M］.First Edition.New York:Scientific Publishing Company，1999:298－320.

［3］高 艷.原子吸收光譜法測(cè)定堿纖維素中金屬元素［J］.廣東化工，2010，37(5):208－209.

［4］馮 利，陳中蘭，曾淼.石墨爐原子吸收法測(cè)定美白化妝品中鉛和鎘，分析科學(xué)學(xué)報(bào)［J］，2008，24(4):462～463.

［5］國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局《水與廢水監(jiān)測(cè)分析方法》編委會(huì)［M］.水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法(第四版)，北京:中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社，2002.

［6］Khalili N R，Vyas J D，Eeangkaew W，et al.Synthesis and characterization of activated carbon and bioactive adsorbent produced from paper mill sludge［J］.Separation and Purification Technology，2002，26(2/3):259－304.