微波消解-原子吸收光譜法測(cè)定兒童牙刷刷毛中重金屬元素的含量

鄖海麗,任 蕾,雷 霓,高巖磊

(1.石家莊學(xué)院 化工學(xué)院,石家莊 050035; 2.河北省建陶工程技術(shù)研究中心,石家莊 050035)

重金屬元素對(duì)人體的新陳代謝有嚴(yán)重的危害作用[1],影響人體的正常生理過程,尤其是在兒童成長(zhǎng)發(fā)育階段,攝入過量的重金屬元素會(huì)影響兒童的智力和身體發(fā)育[2],降低兒童的免疫力,因此人們對(duì)兒童用品中重金屬元素的含量越來越重視。兒童牙刷是兒童重要的生活用品,刷毛中通常含有鉻、鎘、鉛、銅、鐵等重金屬元素,因此建立一種準(zhǔn)確測(cè)定兒童牙刷刷毛中重金屬元素含量的方法具有重要意義[3]。

目前,測(cè)定重金屬元素含量的方法主要有滴定法、原子吸收光譜法、X射線熒光光譜法、電感耦合等離子體光譜法等[4-7]。其中,滴定法對(duì)儀器要求不高、操作簡(jiǎn)便,但存在滴定終點(diǎn)難以界定、部分元素不適宜用滴定分析等缺點(diǎn);X射線熒光光譜法重現(xiàn)性好、分析快速、靈敏度高,但在測(cè)定過程中容易受到其他元素的干擾;電感耦合等離子體光譜法可對(duì)多種元素同時(shí)測(cè)定,穩(wěn)定性好、精密度高,但儀器昂貴,檢測(cè)成本高;原子吸收光譜法具有靈敏度高、成本低等優(yōu)點(diǎn),是目前測(cè)定重金屬元素含量較成熟的方法,在重金屬元素分析中得到了廣泛的應(yīng)用。本工作以硝酸和硫酸的混合液對(duì)兒童牙刷刷毛進(jìn)行微波消解,采用原子吸收光譜法測(cè)定其中鎘、鉻、鉛、銅等4種重金屬元素的含量。

1 試驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

ZEEnit 700P型原子吸收光譜儀;YW-Ⅱ型遠(yuǎn)紅外電熱干燥箱;MD6C-6H型微波樣品處理系統(tǒng);FA2204B型電子天平。

鎘、鉻、鉛、銅單標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液:1 g·L－1。

鎘、鉻混合標(biāo)準(zhǔn)溶液系列:移取適量的鎘、鉻單標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液,用1%(體積分?jǐn)?shù),下同)硝酸溶液逐級(jí)稀釋,配制成鎘、鉻質(zhì)量濃度均為0,0.2,0.4,0.6,0.8,1.0 mg·L－1的鎘、鉻混合標(biāo)準(zhǔn)溶液系列。

鉛、銅混合標(biāo)準(zhǔn)溶液系列:移取適量的鉛、銅單標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液,用1%硝酸溶液逐級(jí)稀釋,配制成鉛、銅質(zhì)量濃度均為0,1.0,2.0,3.0,4.0,5.0 mg·L－1的鉛、銅混合標(biāo)準(zhǔn)溶液系列。

硝酸、硫酸均為分析純;試驗(yàn)用水為去離子水。

1.2 儀器工作條件

1.2.1 微波消解程序

微波消解程序見表1。

表1 微波消解程序Tab.1 Microwave digestion program

1.2.2 原子吸收光譜儀

原子吸收光譜儀的工作條件見表2。當(dāng)測(cè)定鉻元素時(shí),在乙炔-空氣中加入0.5%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))氯化銨,以消除刷毛中鐵元素雜質(zhì)的干擾,提高儀器的穩(wěn)定性[8]。

表2 儀器工作參數(shù)Tab.2 Working parameters of the instrument

1.3 試驗(yàn)方法

用剪刀將兒童牙刷刷毛剪成細(xì)碎的小顆粒,置于遠(yuǎn)紅外電熱干燥箱中干燥至恒重。稱取處理后的刷毛樣品0.500 0 g于聚四氟乙烯消解罐中,加入1 mL硝酸和4 mL硫酸,搖勻,按照微波消解程序進(jìn)行消解。消解結(jié)束后,取出消解罐,冷卻,將消解液轉(zhuǎn)移至50 mL容量瓶中,用2%(體積分?jǐn)?shù))硝酸溶液定容至刻度,按照儀器工作條件進(jìn)行測(cè)定。隨同做空白試驗(yàn)。

2 結(jié)果與討論

2.1 消解方法的優(yōu)化

在原子吸收光譜法測(cè)定過程中,通常要先將樣品進(jìn)行消解。消解方法主要有微波消解法、電熱消解法、干法消解法等[9-10]。試驗(yàn)考察了上述3種消解方法對(duì)樣品測(cè)定結(jié)果的影響。結(jié)果顯示:采用干法消解法處理樣品時(shí),消解時(shí)間較長(zhǎng),并且測(cè)定值偏低;采用電熱消解法處理樣品時(shí),硝酸和硫酸揮發(fā)嚴(yán)重,易產(chǎn)生暴沸現(xiàn)象;采用微波消解法時(shí),樣品受熱均勻,可完全消解,并且損失少。因此,試驗(yàn)選擇的消解方法為微波消解法。

2.2 酸體系的優(yōu)化

試驗(yàn)考察了不同酸體系(硝酸、鹽酸、硝酸-硫酸、硝酸-高氯酸)[11-14]對(duì)樣品消解情況的影響。結(jié)果表明:單獨(dú)使用硝酸時(shí),消解后的樣品溶液中存在較多的顆粒,樣品消解不完全;單獨(dú)使用鹽酸時(shí),消解過程中會(huì)產(chǎn)生較多白煙,樣品的消解效果較差;使用硝酸-硫酸體系和硝酸-高氯酸體系時(shí),消解后的樣品溶液中未見不溶顆粒物,消解效果較好,但使用硝酸-高氯酸時(shí),操作不當(dāng)容易引發(fā)危險(xiǎn)。因此,試驗(yàn)選擇的酸體系為硝酸-硫酸體系。

2.3 儀器工作條件的優(yōu)化

元素?zé)舻膹?qiáng)度與其工作電流有關(guān),工作電流過低,會(huì)導(dǎo)致光強(qiáng)度較弱,信號(hào)強(qiáng)度不穩(wěn)定,信噪比下降;工作電流過高,會(huì)導(dǎo)致譜線變寬,元素?zé)絷帢O放電異常,光強(qiáng)度不穩(wěn)定,減少燈的使用壽命。因此,采用原子吸收光譜法測(cè)定重金屬元素含量時(shí),需要根據(jù)測(cè)定元素的不同來選擇合適的燈工作電流[15],并進(jìn)一步優(yōu)化各元素的狹縫寬度。優(yōu)化后的儀器工作條件見表1。

2.4 標(biāo)準(zhǔn)曲線和檢出限

按照 儀 器 工 作 條 件 對(duì) 0,0.2,0.4,0.6,0.8,1.0 mg·L－1的鎘、鉻混合標(biāo)準(zhǔn)溶液系列和0,1.0,2.0,3.0,4.0,5.0 mg·L－1的鉛、銅混合標(biāo)準(zhǔn)溶液系列進(jìn)行測(cè)定。以各元素的質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo),其對(duì)應(yīng)的信號(hào)強(qiáng)度為縱坐標(biāo)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。結(jié)果表明,鎘、鉻標(biāo)準(zhǔn)曲線的線性范圍在1.0 mg·L－1以內(nèi),鉛、銅標(biāo)準(zhǔn)曲線的線性范圍在5.0 mg·L－1以內(nèi),線性參數(shù)見表3。

按照儀器工作條件對(duì)空白溶液連續(xù)測(cè)定11次,計(jì)算測(cè)定值的標(biāo)準(zhǔn)偏差(s),以3倍標(biāo)準(zhǔn)偏差計(jì)算鎘、鉻、鉛、銅的檢出限(3s),結(jié)果見表3。

表3 線性參數(shù)和檢出限Tab.3 Linearity parameters and detection limits

2.5 精密度試驗(yàn)

按照儀器工作條件對(duì)0.6 mg·L－1的鉻標(biāo)準(zhǔn)溶液、0.6 mg·L－1的鎘標(biāo)準(zhǔn)溶液、3.0 mg·L－1的鉛標(biāo)準(zhǔn)溶液、3.0 mg·L－1的銅標(biāo)準(zhǔn)溶液連續(xù)測(cè)定6次,鉻、鎘、鉛、銅測(cè)定值的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)依次 為 0.95%,1.5%,1.7%,0.52% 。

2.6 回收試驗(yàn)

按照試驗(yàn)方法對(duì)實(shí)際兒童牙刷刷毛樣品中的鉻、鎘、鉛、銅分別進(jìn)行3個(gè)濃度水平的加標(biāo)回收試驗(yàn),計(jì)算回收率,結(jié)果見表4。

2.7 樣品分析

按照試驗(yàn)方法對(duì)市售的兒童牙刷刷毛中鉻、鎘、鉛、銅進(jìn)行測(cè)定。結(jié)果顯示,該兒童牙刷刷毛中鉻、鎘、鉛、銅的測(cè)定值依次為 14.86,8.26,14.08,14.08μg·g－1,結(jié)果符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) GB/T 19342－2013《牙刷》的要求。

本工作選用硝酸-硫酸體系微波消解兒童牙刷刷毛樣品,采用原子吸收光譜法測(cè)定其中鉻、鎘、鉛、銅等4種重金屬元素的含量,該方法操作簡(jiǎn)便,結(jié)果準(zhǔn)確度高,可用于兒童牙刷刷毛中重金屬元素含量的測(cè)定。