ICP—AES測定紡織品中總鉛和總鎘含量中基體效應(yīng)的研究

盧鴦

摘要

研究了基體效應(yīng)對(duì)微波消解-電感耦合等離子體發(fā)射光譜法（ICP-AES）測定紡織品中總鉛和總鎘含量定量結(jié)果的影響。結(jié)果表明，采用ICP-AES法測定鉛和鎘含量時(shí)，“酸效應(yīng)”是不可忽視的物理干擾因素，當(dāng)配制的標(biāo)準(zhǔn)溶液系列和測試樣液存在酸濃度的差異時(shí)，樣液中鉛和鎘元素的測定結(jié)果存在偏差。保持標(biāo)準(zhǔn)曲線和分析溶液基體匹配，可有效地消除基體效應(yīng)帶來的測定誤差。

關(guān)鍵詞：基體效應(yīng)；酸效應(yīng)；重金屬；等離子體發(fā)射光譜；紡織品

研究表明，重金屬鉛和鎘對(duì)人體健康具有一定的危害。鉛中毒主要表現(xiàn)為神經(jīng)學(xué)缺陷、腎機(jī)能障礙和貧血；而鎘能引起腎臟的損傷和貧血，并導(dǎo)致肺疾病。在紡織印染加工中，鉛常用于印花織物所用顏料中的著色劑、催干劑、涂層織物中的穩(wěn)定劑，而鎘常用作PVC涂層織物的穩(wěn)定劑?？紤]到嬰幼兒群體的特殊性，容易將服裝及其附件攝入口中，因此，國家強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)GB 31701—2015《嬰幼兒及兒童紡織產(chǎn)品安全技術(shù)規(guī)范》[1]中針對(duì)有涂層或印花的嬰幼兒紡織服裝產(chǎn)品，提出了鉛、鎘兩種重金屬的總量限制要求。

紡織品中總鉛和總鎘含量測定采用的前處理方法是微波消解法，采用濃硝酸進(jìn)行消解，消解液用電感耦合等離子體發(fā)射光譜（ICP-AES）或原子吸收光譜法（AAS）進(jìn)行測定[2]。電感耦合等離子體發(fā)射光譜法因其檢測快速、精度高等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛使用。

在日常檢測試驗(yàn)中，我們發(fā)現(xiàn)，消解液中酸的濃度可導(dǎo)致電感耦合等離子體發(fā)射光譜測定中的基體效應(yīng)，影響分析的準(zhǔn)確度，即存在樣品溶液與標(biāo)準(zhǔn)溶液中酸濃度不匹配而影響分析精密度與準(zhǔn)確度的“酸效應(yīng)”[3]。因此，本文主要研究了用微波消解-電感耦合等離子體發(fā)射光譜法測定紡織品總鉛和總鎘含量中的基體效應(yīng)，重點(diǎn)關(guān)注了選用不同基質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)溶液對(duì)實(shí)際樣品測定結(jié)果的影響，并提出了相應(yīng)的解決辦法。

1 試驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

ICP 6500電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀（美國賽默飛世爾公司）；Mars6微波消解儀（美國CEM公司）；氬氣：99.999 %；硝酸：優(yōu)級(jí)純；Cd，Pb標(biāo)準(zhǔn)溶液（100 mg/mL，介質(zhì)5 % HNO3）購自國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研究中心；試驗(yàn)用水為Milli-Q Reference超純水機(jī)制備的超純水（25 ℃ 時(shí)電阻率為18.2 MW·cm）。

1.2 微波消解方法

準(zhǔn)確稱取剪碎至5mm×5mm的紡織品試樣0.3g至微波消解罐中，加入10mL濃硝酸，室溫下放置10min后，將消解罐密閉并放置到微波消解儀中，按以下程序消解：5min升溫至150 ℃保持5min，升溫至180 ℃保持5min，升溫至220 ℃消解15min。消解結(jié)束后冷卻至室溫，將消解后的溶液轉(zhuǎn)移至25 mL容量瓶中，并用超純水分3次淋洗消解罐后定容。同時(shí)，用相同的試劑和操作過程制備空白樣品溶液和加標(biāo)樣品溶液。

1.3 不同基體標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制

分別移取5 mL Cd標(biāo)準(zhǔn)溶液（100 mg/mL）和10 mL Pb標(biāo)準(zhǔn)溶液（100 mg/mL）于同一50 mL容量瓶中，加入2.5 mL濃硝酸，定容，得到混合標(biāo)準(zhǔn)工作液母液（Cd：10 mg/mL， Pb：20 mg/mL）。按以下步驟配制得到不同基體的標(biāo)準(zhǔn)工作溶液：

基體1：移取一定體積的標(biāo)準(zhǔn)工作液母液，以超純水逐級(jí)稀釋至25 mL，得到系列標(biāo)準(zhǔn)工作液；

基體2：在制備得到的試劑空白液中，移入一定體積的標(biāo)準(zhǔn)工作液母液，定容至25 mL，得到系列標(biāo)準(zhǔn)工作液；

基體3：不含有鎘和鉛的棉、聚酯纖維、錦綸樣品，經(jīng)1.2程序消解后，得到的消解液中，分別移入一定體積的標(biāo)準(zhǔn)工作液母液，定容至25 mL，得到系列標(biāo)準(zhǔn)工作液，記作基體3-A、基體3-B、基體3-C。

1.4 儀器工作條件

RF功率：1150 W；輔助氣流量：0.5 L/min；霧化器流量：0.7 L/min；冷卻氣流量：12L/min；分析泵速：100 rpm。檢測譜線波長226.5 nm（鎘）、220.3 nm（鉛）。

2 結(jié)果與討論

2.1 酸濃度對(duì)鎘和鉛響應(yīng)值的影響

研究表明[3-5]，對(duì)于很多元素，含酸溶液的譜線強(qiáng)度低于水溶液樣品，隨著酸度的增加譜線強(qiáng)度顯著降低。為驗(yàn)證酸濃度對(duì)鎘和鉛的響應(yīng)值是否存在同樣影響，配制了一組酸濃度分別為0、5%、10%、20%、30%和40%的鎘和鉛標(biāo)準(zhǔn)溶液，在同一條件下進(jìn)行測定，得到的響應(yīng)值對(duì)應(yīng)酸濃度變化情況見圖1。

圖1 不同酸濃度下鎘和鉛響應(yīng)值的變化

如圖1所示，對(duì)于相同濃度的鎘和鉛標(biāo)準(zhǔn)溶液，隨著溶液中硝酸濃度的增加，鎘和鉛的響應(yīng)值均呈現(xiàn)明顯的下降趨勢。因此可知，采用ICP法測定鉛和鎘含量時(shí)，“酸效應(yīng)”是不可忽視的物理干擾因素，溶液的酸度將影響譜線強(qiáng)度。

2.2 不同基體的定量標(biāo)準(zhǔn)曲線及對(duì)自配標(biāo)準(zhǔn)溶液的測定比較

在同一儀器條件下，測定了采用不同基體配制的鎘與鉛系列標(biāo)準(zhǔn)工作溶液（見1.3），以光譜強(qiáng)度為縱坐標(biāo)（y），元素濃度為橫坐標(biāo)（x），繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，分別得到了所對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)曲線線性回歸方程及相關(guān)系數(shù)（R2）。

分別用純水和消解試劑空白液稀釋，配制得到兩組Cd和Pb濃度相同的標(biāo)準(zhǔn)溶液（Cd：0.02mg/mL，Pb：0.04mg/mL），儀器測定后分別用不同的標(biāo)準(zhǔn)曲線進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果見表1。

表1結(jié)果顯示，不同基體下的系列標(biāo)準(zhǔn)溶液在相應(yīng)的濃度范圍內(nèi)均有良好的線性關(guān)系，滿足樣品測定的要求。但比較各標(biāo)準(zhǔn)曲線的斜率值，可以發(fā)現(xiàn)，采用純水配制的標(biāo)準(zhǔn)溶液，其工作曲線的斜率值與通過消解后含有一定濃度酸的標(biāo)準(zhǔn)溶液的斜率值有一定差別，而對(duì)于采用不含紡織樣品的試劑空白液配制的標(biāo)準(zhǔn)溶液與采用棉、聚酯纖維、錦綸等紡織樣品的消解液配制的標(biāo)準(zhǔn)溶液得到的曲線斜率較為接近。

同時(shí)，從表1可以看出，使用不同基質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)溶液得到的工作曲線對(duì)自配標(biāo)準(zhǔn)溶液的測定結(jié)果存在差異。當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)曲線與樣液的酸濃度不一致時(shí)，樣品的測定結(jié)果差異很大。而加入不同種類的紡織樣品與未加入紡織樣品得到的標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算結(jié)果相近。也就是說，不同基質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)溶液對(duì)同一溶液測定結(jié)果存在的差異主要來源于酸濃度的不一致。因此，在實(shí)際檢測中，只有保持標(biāo)準(zhǔn)曲線與樣液基質(zhì)基本匹配，才能有效消除“酸效應(yīng)”帶來的影響。

3 結(jié)論

本文通過對(duì)比含不同酸度的相同濃度鎘和鉛標(biāo)準(zhǔn)溶液響應(yīng)值變化情況得到，采用ICP法測定鉛和鎘含量時(shí)，“酸效應(yīng)”是不可忽視的物理干擾因素，溶液的酸度將影響譜線強(qiáng)度。通過對(duì)比采用不同基體配制標(biāo)準(zhǔn)溶液得到的工作曲線測定同一樣液所得差異可知，當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)曲線與樣液的基質(zhì)不匹配時(shí)，樣品的測定結(jié)果差異很大，在實(shí)際檢測中，只有保持標(biāo)準(zhǔn)曲線與樣液基質(zhì)基本匹配，才能有效消除“酸效應(yīng)”帶來的影響。

參考文獻(xiàn)：

[1] GB 31701—2015 嬰幼兒及兒童紡織產(chǎn)品安全技術(shù)規(guī)范[S].

[2] GB/T 30157—2013 紡織品 總鉛和總鎘含量的測定[S].

[3] 陶銳， 高舸. 電感耦合等離子體光發(fā)射光譜分析中無機(jī)酸基體效應(yīng)研究（I）無機(jī)酸基體效應(yīng)及其機(jī)理[J]. 理化檢驗(yàn)-化學(xué)分冊(cè)， 2005， 41（1）： 67-71.

[4] 任蘭， 陸喜紅， 楊正標(biāo).不同標(biāo)準(zhǔn)溶液對(duì)ICP-OES法測定鋇定值樣品的影響[J]. 現(xiàn)代科學(xué)儀器， 2014， 6（3）：239-241.

[5] 高舸， 時(shí)煒， 陶銳. 電感耦合等離子體-光發(fā)射光譜分析中硝酸、高氯酸基體效應(yīng)及抑制[J]. 中國衛(wèi)生檢驗(yàn)雜志， 2008， 18（2）： 193-196.

（作者單位：浙江省紡織測試研究院）