非金屬制品的微波消解方法研究

徐曉云 肖 歡

（上海煤科檢測(cè)技術(shù)有限公司，上海201401）

在非金屬制品成分分析過(guò)程中，合適的消解方法對(duì)樣品的后期檢測(cè)分析具有非常重要的意義。消解的方法目前主要由電熱板消解及微波消解法，電熱板加熱消解方式使用最早，優(yōu)點(diǎn)是能夠充分消解非金屬制品中的重金屬元素，后期的測(cè)量準(zhǔn)確度高，但實(shí)驗(yàn)人員操作起來(lái)程序復(fù)雜、耗時(shí)、試劑消耗量較大。電熱板消解采用開(kāi)放的加熱系統(tǒng)，消解過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量有機(jī)及無(wú)機(jī)氣體，不易控制，操作不當(dāng)容易對(duì)環(huán)境造成污染，同時(shí)對(duì)人員造成職業(yè)傷害。近年來(lái)，由于微波消解方法更快速、準(zhǔn)確、高效且用酸量少、污染小、對(duì)操作人員傷害小等優(yōu)點(diǎn)，而被多數(shù)的實(shí)驗(yàn)室采用。

市場(chǎng)上流通的非金屬制品種類繁多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，樣品消解方法也不盡相同，不同的酸消解體系、消解方法及消解程序升溫的選擇等都會(huì)對(duì)后期的測(cè)試結(jié)果造成影響。本文針對(duì)較為便捷的微波消解方法，選用兩種較常用的酸體系進(jìn)行配比設(shè)定，并對(duì)微波消解程序進(jìn)行設(shè)定，從而對(duì)非金屬制品進(jìn)行消解，找到最為合適的消解效果及最好的消解方案，擬為選擇測(cè)定非金屬制品中重金屬含量的方法研究提供參考。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 儀器與試劑

液氮冷凍破碎機(jī)；微波消解儀；硝酸（優(yōu)級(jí)純）；雙氧水（優(yōu)級(jí)純）；氫氟酸（優(yōu)級(jí)純）；試驗(yàn)所用移液管均在（1:1）硝酸溶液中浸泡12h，微波消解罐在5%硝酸溶液中浸泡12h。

1.2 樣品的制備

大塊塑料樣品，剪成1cm*1cm 以下的小塊，液氮冷凍后用高速粉碎機(jī)進(jìn)行粉碎，再過(guò)40 目篩，稱取0.1000g 的樣品加入聚四氟乙烯- 四氟乙烯消解罐中，等待加入消解試劑進(jìn)行消解。

1.3 消解方案的設(shè)定

對(duì)微波消解方法的設(shè)定，主要考慮合適的升溫控制程序。一般情況下，溫度越高，保溫時(shí)間越長(zhǎng)，樣品的消解效果就越好。但是，酸的種類的選擇也很重要，合適的酸在合適的升溫程序下，會(huì)讓樣品消解很徹底。酸體系選的不合適，樣品在高的溫度也很難消解。所以，酸的種類、比例和微波消解溫度的選擇就比較重要。

非金屬制品的主體材料主要為PVC、丁腈橡膠、丁苯橡膠、三元乙丙膠及ABS 樹(shù)脂等高分子材料。在實(shí)驗(yàn)室分析檢測(cè)工作中，對(duì)樣品進(jìn)行徹底溶解，為了破壞其復(fù)雜的有機(jī)基體,往往需要在酸消解體系中加入其它強(qiáng)氧化劑。鹽酸、王水、高氯酸容易引入氯多原子離子,對(duì)某些重金屬元素（如砷）的測(cè)定可能會(huì)造成一定程度的干擾,雙氧水作為一種弱酸性氧化劑,其在較低溫度下即可分解成高能態(tài)活性氧,適于降解某些有機(jī)物,與濃硝酸共用,可以大大提高混合液的氧化能力,完全破壞有機(jī)物[1]。由于非金屬制品的分解溫度一般在180℃左右[2]，因此，將微波消解溫度設(shè)定在200℃上下。文章以硝酸、雙氧水及氫氟酸作為消解酸，對(duì)酸的使用比例（見(jiàn)表1）及消解升溫程序（見(jiàn)表2）進(jìn)行控制，擬定不同的消解方案，來(lái)對(duì)樣品進(jìn)行完全的消解。

表1 微波消解方案

表2 微波消解升溫程序

首先，稱取0.1g 非金屬樣品置于5%的稀硝酸中靜止過(guò)夜的聚四氟乙烯- 四氟乙烯(PTFE-TFE) 高壓消解罐中, 精確至0.0001g，按表1 中的微波消解酸體系比例依次加入硝酸、雙氧水及氫氟酸,然后放入微波爐中,按表2 中預(yù)先設(shè)定的消解程序進(jìn)行升溫消解。

實(shí)驗(yàn)方案一：在稱量好的非金屬制品樣品中依次加入5ml硝酸及1ml 雙氧水的試劑，微波消解升溫程序選擇選擇方案1，對(duì)樣品進(jìn)行消解。實(shí)驗(yàn)表明,按照5ml 硝酸及1ml 雙氧水的消解方案，恒溫溫度與時(shí)間為190℃與30min 均不足以使樣品分解完全，消解后的樣品均有白色沉淀[3-5]。

實(shí)驗(yàn)方案二：在稱量好的非金屬制品樣品中依次加入5ml硝酸、1ml 雙氧水及1ml 氫氟酸，微波消解升溫程序選擇選擇方案1，對(duì)樣品進(jìn)行消解。結(jié)果表明,對(duì)于聚乙烯及聚氯乙烯為主體的塑料樣品,當(dāng)微波消解最終溫度為190℃，且在190℃時(shí)保持30min，塑料樣品可以完全消解，溶液澄清。但對(duì)于橡膠及樹(shù)脂樣品，該酸體系、最終升溫溫度與保持時(shí)間均不足以使之分解完全，均有少量白色沉淀。

實(shí)驗(yàn)方案三：在稱量好的非金屬制品樣品中依次加入5ml硝酸及1ml 雙氧水，微波消解升溫程序選擇選擇方案2，對(duì)樣品進(jìn)行消解。結(jié)果表明, 對(duì)于聚乙烯及聚氯乙烯為主體的塑料樣品, 當(dāng)微波消解最終溫度為220℃，且在220℃時(shí)保持60min，塑料樣品可以完全消解，溶液澄清。但對(duì)于橡膠及樹(shù)脂樣品，該酸體系、最終升溫溫度與保持時(shí)間均不足以使之分解完全，均有少量白色沉淀[6-7]。

實(shí)驗(yàn)方案四：在稱量好的非金屬制品樣品中依次加入5ml硝酸、1ml 雙氧水及1ml 氫氟酸，微波消解升溫程序選擇選擇方案2，對(duì)樣品進(jìn)行消解。實(shí)驗(yàn)表明,對(duì)于PE、PVC 塑料樣品及成分復(fù)雜的橡膠、樹(shù)脂樣品,采用方案2 的酸性消解體系、微波恒溫溫度與保持時(shí)間為220℃與60min 時(shí)，非金屬制品的樣品可以完全分解，均成透明溶液。

2 結(jié)果與討論

不同類型的高分子材料成分不同,選擇的消解試劑及方法也不盡相同。本文選用的2 種常用酸消解體系及2 種消解升溫程序?qū)悠愤M(jìn)行消解，并完成交叉試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)，選擇5mlHNO3+1mlHF+1mlHClO4體系的消解試劑比例，同時(shí)微波消解程序采用恒溫溫度與時(shí)間為220℃與60min 時(shí)即可使非金屬制品溶解完全。總之，對(duì)于結(jié)構(gòu)及成分復(fù)雜的非金屬制品的檢測(cè)分析而言，樣品的前處理非常重要，合適消解方案的選擇會(huì)為后期的分析檢測(cè)工作帶來(lái)很大的便利。