微波消解—ICP-AES法测定PVC材料中的Cd、Pb和Hg的含量
Determining the content of Cd, Pb and Hg in PVC using ICP-AES and Microwave
Hu Jie
(Municipal Environmental Monitoring Station,Ningbo,Zhejiang 315000,P.R.China)
Abstract:
The RoHS (Restriction of Hazardous Substances) Directive 2002/95/EC5, which will become effective from July 1, 2006, requires the restriction of the use of lead, mercury, cadmium, hexavalent chromium and brominated flame retardants (polybrominated biphenyls (PBB) and polybrominated diphenyl ethers (PBDE)) in new electrical and electronic equipment. This article show the method of determining the content of Cd, Pb and Hg in PVC using microwave and ICP-AES.
Keywords: ICP-AES ROHS microwave
1 前 言
在最近十年内电器和电子制造业已经成为发展极其快速的行业。这就导致电器和电子工业在全球的电子垃圾持续增长，目前，90%以上的电子垃圾是采用地下掩埋法处理。欧盟已经制定了许多关于这方面制造业必须遵守的规定，其中，限制有害物质的指令（ROHS）2002/95/EC，将于
实践证明，在开放的消解环境中，由于汞在消解过程的蒸发而回收率很低。而封闭微波消解法可得到好的汞回收率，并具有简便、快捷的特点。本文介绍了用微波消解方法同时测定PVC材料中无机重金属Pb、Cd和Hg含量方法。该方法回收率在91.6~102.6%之间，精密度和准确度好，效率高，分析结果令人满意。
2 试验部分
2.1 主要仪器与试剂
电感耦合等离子体原子发射光谱仪：Varian 710-ES；分析条件见表1：
表1 ICP-AES 分析条件
|
功率 |
1.00kW |
|
等离子气 流量 |
15.0L/min |
|
辅助气 流量 |
1.5L/min |
|
雾化气 流量 |
0.75L/min |
|
每次读数时间 |
5s |
|
仪器稳定延时 |
15s |
|
进样延时 |
25s |
|
泵速 |
15转/min |
微波消解仪：美国CEM 高压密闭式微波消解仪
Cd，Pb，Hg标准溶液： 均为1000mg/L （国家标准物质中心）
30%H2O2 ： 优级纯(GR)
HNO3 ： 优级纯(GR)
所有试验用水均为去离子水
2.2 试剂的配制
2.2.1 100 mg/L混合贮备液：
量取Cd, Pb和Hg 标准溶液各10ml 于100ml 容量瓶，用去离子水定容至刻度。得到100 mg/L混合贮备液。
2.2.2 标准溶液的配制：
分别取0.5ml, 1ml, 5ml, 10ml 100 mg/L混合贮备液于100ml容量瓶中，并分别加入3mlHNO3用去离子水稀释至刻度，得到0.5mg/L, 1mg/L, 5mg/L, 10mg/L标准溶液，配制的标准溶液存储于聚四氟乙烯试剂瓶中。
2.3 实验方法
目前，在环境监测的分析样品中主要涉及的PVC样品有工业用垃圾塑料制品，废弃电线电缆产品等等。为保证结果的准确，我们根据下列基本原则对样品进行拆分：1、根据不同的材质分别进行测定；2、对于不同部件分别进行测定。在本文中，我们选择用电线电缆作为实际样品进行测试，由于本方法介绍的是PVC材质中Cd、Pb、Hg等重金属含量的测定，所以其中的金属线不在测定范围。我们用剥线钳将电线外皮取下，剪成小段，用微波消解方法进行处理。
称取PVC样品约
表2 微波消解仪操作条件
|
消解程序 |
功率 （W） |
升温时间 （min） |
控制压力 （kPa） |
温度 （℃） |
持续时间 （min） |
|
1 |
1200 |
7 |
1200 |
130 |
18 |
|
2 |
1200 |
10 |
2000 |
190 |
10 |
2.3.2 样品测定：
按照表1的操作条件，利用2.2.2配制的标准溶液建立标准曲线，测定2.3.1 样品处理的溶液，获得样品中被测元素的含量。
3 结果与讨论
3.1 元素分析线
根据全谱直读光谱仪具有同时测定多条分析谱线的特点，同时考虑到其它共存元素之间的相互干扰，利用仪器提供的操作软件谱线库推荐的谱线，对Cd、Hg、Pb 三个元素先选择4条谱线进行测定，根据实际的光谱干扰情况选出合适的分析线，分别为Cd 228.802nm, Pb 283.305nm, Hg 194.164nm。
3.2 加标回收试验
对电线样品加标回收率的测定，得到结果见表3。
表3样品测定结果及加标回收率
|
元素 |
样品 |
|||
|
样品测试结果 (mg/kg) |
加入量 (mg/kg) |
加标实测结果 (mg/kg) |
回收率 (%) |
|
|
Cd 228.802nm |
1.69 |
5 |
6.52 |
96.6 |
|
Pb 283.305nm |
9.56 |
5 |
14.27 |
94.2 |
|
Hg 194.164nm |
0.88 |
5 |
5.46 |
91.6 |
采用湿法消解，处理电线样品，所得的结果与微波消解的结果比较见表4。
表4 微波消解和湿法消解的比较
|
元素 |
微波结果 |
湿法结果 |
|
Cd |
1.69 |
1.66 |
|
Pb |
9.56 |
9.28 |
|
Hg |
0.88 |
0.12 |
我们可以看到，对于Cd来说，湿法与微波消解的结果基本相符，对于Pb和Hg，湿法消解的结果都有下降，尤其对于Hg来说，采用湿法消解几乎无法测出。
3.3 检出限测定
用
表5 各元素的检出限：
|
元素 |
Cd |
Pb |
Hg |
|
波长(nm) |
228.802 |
283.305 |
194.164 |
|
检出限(ug/L) |
1.1 |
1.9 |
1.6 |
3.4 准确度及精密度测定
使用标准PVC（编号：EC681和NMIJ
表6 标准PVC样品分析结果
|
元素 |
EC681 |
NMIJ |
||||||
|
测定值 （mg/L） |
标称值 (mg/L) |
回收率 (%) |
RSD (%) |
测定值 （mg/L） |
标称值 (mg/L) |
回收率 (%) |
RSD (%) |
|
|
Cd |
21.2 |
21.7±0.7 |
97.69 |
0.5 |
10.72 |
10.77±0.2 |
99.53 |
0.62 |
|
Pb |
13.2 |
13.8±0.7 |
95.65 |
0.76 |
106.1 |
108.9±0.89 |
97.43 |
0.35 |
|
Hg |
4.60 |
4.50±0.15 |
102.22 |
1.02 |
12.8 |
13.55±0.25 |
94.46 |
0.93 |
3.5 结论
从表3~6测得的结果可见，标样和样品测试的相对标准偏差均在2%以下，回收率在91.6~102.6%之间，结果令人满意。对于实际样品来说，我们必须将样品的PVC部分和金属部分完全分开，这样得到的均质样品才是准确的测试结果。而且我们看到，采用湿法消解等传统的处理方法，对于Hg的结果都无法令人满意。因此，采用密闭式微波消解仪为处理手段，ICP-AES为测试仪器可以准确测定PVC材料中无机重金属元素的含量。该方法简单、快捷，可以快速测定同一样品中多种元素的含量，满足日常样品的分析。
参考文献
1. European Union. Directive 2002/95/EC of the European Parliament and of the Council of
2. European Union. Directive 2002/96/EC of the European Parliament and of the Council of
3. “The recycling and disposal of electrical and electronic waste in
4. “
5. “Elemental analysis in the plastic industry”, J. Wolska, Plastic Additives & Compounding, May/June 2003, 50-55.
关注本网官方微信 随时阅权威资讯
