ICP-OES測(cè)定塑膠跑道中的9種可溶性重金屬

鐘俊芳，林偉宏，梁森濤，葉元堅(jiān)，蔡錦安

(廣州質(zhì)量監(jiān)督檢測(cè)研究院，廣 東 廣州 511447)

塑膠跑道又稱全天候田徑運(yùn)動(dòng)跑道，由聚氨酯預(yù)聚體、混合聚醚、廢輪胎橡膠、EPDM橡膠?；騊U顆粒、顏料、助劑、填料組成[1]。自2015年10月,問題跑道事件曝出后，塑膠跑道登上了新聞的熱搜，但伴隨的標(biāo)題總是“毒跑道”，引起了大量爭(zhēng)議。其中“毒跑道”一度被懷疑會(huì)引起學(xué)生流鼻血、起疹子、嘔吐。但經(jīng)過送檢，這些跑道都是"達(dá)標(biāo)"的。現(xiàn)行的檢測(cè)依據(jù)GB/T 14833-2011《合成材料跑道面層》涉及苯、甲苯和二甲苯總和、游離甲苯二異氰酸酯以及重金屬中可溶性鉛、鎘、鉻、汞的檢測(cè)[2]。 GB 36246-2018《中小學(xué)合成材料面層運(yùn)動(dòng)場(chǎng)地》于2018年11月更新后，有害物質(zhì)含量已經(jīng)增加了鄰苯二甲酸酯類化合物總和及苯并[a]芘、短鏈氯化石蠟(C10-C13)等項(xiàng)目，以及在一些項(xiàng)目的限量值上作出了調(diào)整；相比GB/T 14833-2011可溶性重金屬的鉛含量為90mg/kg[3]， GB 36246-2018可溶性重金屬的鉛含量為50mg/kg[4]。雖然跑道可溶性重金屬在限值方面作出了改進(jìn)，但未考慮其他可溶性重金屬作為添加成分在跑道方面的運(yùn)用，因?yàn)橛泻Φ目扇苄灾亟饘俨粦?yīng)只有鉛、鎘、鉻、汞4種。參考標(biāo)準(zhǔn)GB/T 23991-2009《涂料中可溶性有害元素含量的測(cè)定》包含了砷、鋇、鎘、鉻、汞、鉛、銻、硒含量的測(cè)試，該法使用ICP-OES法測(cè)定重金屬。據(jù)調(diào)查，ICP-OES法已應(yīng)用于汽車涂料[5]、污水[6]、土壤[7-8]等復(fù)雜樣品體系。因此，本文利用ICP-OES法建立更新更全面的可溶性重金屬檢測(cè)方法，完善塑膠跑道有毒有害物質(zhì)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)儀器

分析天平(精度0.1g)；恒溫振蕩水浴鍋；pH計(jì)(精度±0.2 pH)；單刻度移液管(25 mL)、安捷倫ICP-OES 5100電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀。

1.2 試劑與溶液

鹽酸溶液(0.07mol/L、1mol/L、2mol/L)；硝酸溶液：65%～68%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

可溶性重金屬的檢測(cè)是模仿人體吞咽試樣材料后與胃酸反應(yīng)接觸一段時(shí)間后提取出的溶出物。用ICP-OES來測(cè)定試液中可溶性重金屬砷、鋇、鎘、鉻、汞、鉛、銻、硒和錫的含量。

1.4 樣品處理

試樣制備：對(duì)塑膠跑道樣品在室溫下用粉碎機(jī)或者剪刀粉碎，并用不銹鋼金屬篩(0.5mm)過篩，后待處理。使用合適的化學(xué)容器，加入相當(dāng)于測(cè)試試樣質(zhì)量50倍、溫度為(37±2)℃的0.07 mol/L鹽酸溶液與測(cè)試試樣混合。在攪拌裝置上攪拌1 min后，用酸度計(jì)測(cè)其酸度。如果pH值>1.5，一邊攪拌混合液，一邊逐滴加入鹽酸溶液調(diào)節(jié)pH值在1.0～1.5之間。將混合物避光，在(37±2)℃下放置1 h。隨后立即用0.45μm濾膜過濾。濾液避光保存并在24 h內(nèi)完成元素分析測(cè)試。若濾液在進(jìn)行元素分析測(cè)試前的保存時(shí)間超過24 h，應(yīng)加入濃鹽酸加以穩(wěn)定，使保存的溶液濃度c(HCl)約為1 mol/L[5]。

1.5 標(biāo)準(zhǔn)曲線

在選定工作條件下繪制校準(zhǔn)曲線，標(biāo)準(zhǔn)溶液系列和各元素校準(zhǔn)曲線的相關(guān)系數(shù)見表1。

表1 校準(zhǔn)曲線系列及相關(guān)系數(shù) μg/mL

2 分析與討論

2.1 樣品處理

塑膠跑道在制備樣品時(shí)要注意混勻，并要用篩網(wǎng)過篩，保證樣品均勻，研磨的器具選擇也要注意，要用剪刀對(duì)塑膠跑道進(jìn)行裁剪,并采用冷凍研磨或不致產(chǎn)生熱量的其他加工方式粉碎，避免使用含鉻量高的不銹鋼類研磨器具造成鉻污染。

2.2 分析線的選擇及儀器工作參數(shù)的優(yōu)化

2.2.1 分析線的選擇

各元素按儀器推薦選擇2～3條靈敏度較高的譜線，測(cè)定混合元素標(biāo)準(zhǔn)溶液，記錄數(shù)據(jù)。對(duì)各譜線的譜圖逐一處理，觀察各元素的譜線形狀和相互間干擾情況，確定各元素的分析線見表2。

表2 分析線

在上述分析波長下，相互間無譜線干擾。

2.2.2 儀器工作參數(shù)的選擇

通用條件：自動(dòng)進(jìn)樣器 重復(fù)次數(shù)：3次 泵速：12 r/min。

提升延時(shí)：25 s(快速泵) 沖洗時(shí)間：15 s(快速泵)。

讀取時(shí)間：5 s 霧化器流量：0.70 L/min RF功率：1.20 kW 等離子體氣流量：12.0L/min。

穩(wěn)定時(shí)間：14 s 輔助氣流量：1.00 L/min 觀察方式：軸向。

2.3 方法的檢出限

在上述選定的工作條件下，重復(fù)測(cè)量空白溶液11次，以空白信號(hào)測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)偏差的3倍計(jì)算各元素的檢出限，結(jié)果見表3，各元素均能滿足塑膠跑道對(duì)其檢出限的要求，適用塑膠跑道的檢驗(yàn)。

表3 方法檢出限(k=3)

2.4 方法的準(zhǔn)確性及精密度

對(duì)一組樣品進(jìn)行加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)，分別平行測(cè)定6次，加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)結(jié)果參見表4。按照上述建立的方法進(jìn)行分析，加標(biāo)回收率為93.1%～101.7%，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差RSD(n=6)為0.38 %～3.22 %，此方法準(zhǔn)確可靠。

表4 方法的準(zhǔn)確性和精密度

注：“-”表示未檢出

2.5 樣品測(cè)定結(jié)果統(tǒng)計(jì)

按照GB 36246-2018試驗(yàn)方法分類，對(duì)塑膠跑道中的現(xiàn)澆型面層隨機(jī)抽取8種樣品進(jìn)行的9種可溶性測(cè)定，結(jié)果見表5。由表5統(tǒng)計(jì)可知塑膠跑道中除了常見的鉛、鉻、鎘、汞等重金屬的污染，還有砷、鋇、銻、硒、錫等重金屬，使用電感耦合等離子體發(fā)射光譜法測(cè)跑道中的9種重金屬可以達(dá)到方便快速有效的檢測(cè)手段。

表5 現(xiàn)澆型面層

3 結(jié)果與結(jié)論

用ICP-OES同時(shí)測(cè)定塑膠跑道中的9種可溶性重金屬元素，基體元素對(duì)測(cè)定沒有明顯干擾，在選定的波長下測(cè)定，元素間也沒有干擾。該方法不僅方便快捷，而且測(cè)試準(zhǔn)確、檢出限低、分析重現(xiàn)性好，適于可溶性重金屬的日常檢驗(yàn)，對(duì)現(xiàn)行只測(cè)試4種可溶性重金屬的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)是行之有效的補(bǔ)充。從樣品測(cè)試結(jié)果統(tǒng)計(jì)可知，塑膠跑道中含有除了常規(guī)測(cè)試的鉛、鎘、鉻、汞4種重金屬，還含有鋇、硒、錫等重金屬。對(duì)于“毒跑道”的檢測(cè)，建議把這幾種可溶性重金屬也納入監(jiān)測(cè)范圍之中。