微波消解技术在职业病危害因素检验中的创新应用

张荣珍 陈会欣 管廷武

1 山东诸城市疾病预防控制中心（262200）

2 山东诸城市人民医院（262200）

微波消解系统与微波消解技术是20世纪70年代中期发展起来的。微波消解仪的类型有高压密闭型和开放型，高压密闭型用于测定各种元素的样品处理，其特点是使用试剂少，速度快，污染少，最重要的是防止了砷、汞、硒等易挥发元素的损失，而开放型只使用于不易挥发元素的样品处理，但它解决了取样量少的问题，并无任何试剂限制[1-6]。在使用方面，近几年国内有关微波制样技术的研究发展很快，它将逐步成为各元素分析样品处理最有力的工具之一。其研究方法文献报道较多，消化一般用硝酸-过氧化氢。《食品卫生理化检验标准手册》[4]已经将微波消解食品样品前处理作为国家标准方法，《中华人民共和国国家职业卫生标准GBZ/T160 5.9.10.13-2004 工作场所空气有害物质测定》[2]、《工作场所有害物质监测方法》[1]中规定空气样品中测定铅、铜、锰、隔等重金属的样品处理均采用电热板或电沙浴的方法消解，没有把微波消解法处理空气样品作为国家标准方法。

工作场所空气样品中重金属的测定采用电热板或电沙浴的方法处理样品存在的使用试剂多、污染重、费时费力，我们应用了一种快速、简便、准确的测定作业环境中空气样品的处理方法——微波消解法。适用于工作场所中有毒有害金属元素的样品消解。我们经过反复实验发现应用滤膜采集的空气样品只需加很少量的硝酸-过氧化氢就可使样品中的职业危害重金属元素消解完全，且无需赶酸，样品消解完全，溶液呈无色透明，定容后直接用原子吸收光谱仪测定，测定结果满意。现详细报道如下。

1 材料与方法

1.1 仪器

MR-5TA-H微波消解仪（北京盈安美城公司）；TAS-990F型原子吸收分光光度计（北京普析通用仪器有限公司）；AB-104 万分之一全自动电子天平（瑞士）；计算机处理系统及hp1000打印机；镉、锰、铜、铅空心阴极灯。

1.2 试剂

优级纯硝酸（ρ20=1.42g/mL）；优级纯30%过氧化氢；金属标准溶液均为ρ（B）=1mg/mL（国家标准物质研究中心），锰、铜、铅、镉标准使用液，临用前用0.5mol/L的硝酸逐级稀释；实验用水为去离子水。

1.3 样品溶液的制备

空气滤膜：用硝酸浸泡过的塑料镊子将空气滤膜置于聚四氟乙烯消解罐底部，加浓硝酸1.0mL，放置15min，加30%过氧化氢0.4mL，浸泡15min，加水至6～10mL，轻轻摇动。装妥消解装置，连接好温度、压力探头，并将其放入微波消解仪中，进行消解，反应结束后自动冷却。容器内指示压力＜50psi，温度低于60 ℃时，从防爆膜处缓缓打开，释放剩余压力，取出温度、压力探头，依次打开各罐，将消解液转移至10～25mL容量瓶并定容。消解液直接上机测定。

1.4 测定方法

火焰原子吸收法：用于铅、锰、铜、镉的测定。波长、狭缝、空气及乙炔流量、燃烧头高度、元素灯电流等均按仪器说明调至最佳状态，测定时首先测定标准系列，仪器自动回归，得出标准曲线、相关系数、斜率、截距，然后依次测定消解空白、样品溶液。

2 结 果

2.1 消解体系的选择

消解样品的目的是为某种分析方法（如原子吸收光谱法）提供空白值低的真溶液，所以微波消解体系的选择必须符合：溶解速度快；不生成任何沉淀物；溶剂体系纯度高、不含被测元素、不含干扰元素或被测元素的含量极低，不影响分析的灵敏度外，还必须有良好的吸收微波能力。根据资料和实践经验，对大多数样品选择硝酸—过氧化氢消解体系。

表1 硝酸-过氧化氢用量及消解效果

表2 消解程序及消解结果

表3 消解方法与元素测定结果的关系 mg/L

表4 方法的精密度与准确度实验

表5 方法的比对实验结果

2.2 消解试剂用量和取样量的选择

本着能将样品消解完全，测定结果准确，实验安全，试剂用量少，能满足检测方法灵敏度的原则，来选择消解试剂用量和取样量。空气滤膜不存在有机质，一般采用短时间采样。消解罐的溶液体积一般不能低于6mL，为使样品转移完全，溶液定容体积最好不低于15mL。对硝酸-过氧化氢消解体系中两种试剂用量进行选择，方案是硝酸加入量由高到低，过氧化氢加入量有低到高进行选择试验。试剂加入量及消解效果见表1。

由表1说明，当硝酸用量选择1.0mL、过氧化氢用量选择0.4mL时，就可将空气样品消解完全，且压力相对较低并平稳。

2.3 微波消解条件的选择

微波消解试样时，很重要的限制参数是温度、压力、时间和功率，在比例温度/时间控制的这种模式中，温度是起决定因素的参数，压力是在此温度下所产生的结果，再有适当的时间来保证样品消解完全，功率则根据消解样品的多少来设定，消解过程中功率可自动变频。在整个消解过程中根据实时观察的温度、压力变化情况确定消解方案：首先，分别确定每一步消解过程中的限定温度。第一步一般选择100～110℃，第二步，选在130～165℃。其次，压力的限定，在温度选定的情况下，观察分析压力的走势，即整个消解过程压力必须缓慢、平稳的升高，不得有突然升高或压力波动过大的现象出现，否则消解过程将十分危险，此时，必须调整消解温度或降低压力的最高限定，以确保整个消解过程的安全进行。第一步选择压力一般为50～150psi，第二步选择压力一般为200～400psi。第三，消解时间的设定，在同样的温度、压力条件下，消解时间过短，消解不完全、消解时间过长，不但降低工作效率，且消解罐长时间承受过高压力，降低其使用寿命，第一步选择爬坡时间为5min，保持时间为3min，第二步选择爬坡时间一般为3min，保持时间10～20min。通过大量试验，总结出了空气样品的消解条件见表2。

2.4 消解方法与元素测定结果的关系

应用微波消解法代替电热板或电沙浴法消解工作场所中空气样品，电热板法消解在国标GBZ/160-2004中有具体的操作方法和步骤，用微波消解需要探索消解的温度、压力、加硝酸量、加过氧化氢量、时间等。通过大量实验摸索选择了最佳微波消解条件，为了验证微波消解法对实验结果是否有影响，我们用微孔滤膜制备标准物，分别用两种方法消解，消解液用原子吸收测定有关元素。

由表3检测结果可知，用电热板消化法消解样品，和用本研究使用的微波法消解样品，所得的消解液，对微孔滤膜加标分别用两种方法处理的消解液进行多种微量元素的检测，两种消解方法均可得出理想的检测结果。

2.5 方法的精密度与准确度

用微孔滤膜加标，用电热板和微波对样品进行消解，分别测定两种消解液中的元素Mn、Cu、Pb、Cd，连续测定6次的平均值均在标准值范围内。

2.6 方法的比对实验

分别用本法和国标法消解样品。国标法Mn用GBZ/T160.13，Pb用GBZ/T160.10，Cu用GBZ/T160.9，Cd用GBZ/T160.5中HNO3-HCIO4法电热板消化处理样品，测定20个样品的Pb、Cd、Mn、Cu含量，经配对t检验，P＞0.05，差异无统计学意义，结果见表5。

3 讨 论

工作场所危害因素重金属空气样品前处理用电热板消解，混合酸用量大，硝酸分解产生大量氮氧化物，对实验室人员造成严重危害，对实验室内空气及实验室周围环境造成空气污染严重影响实验人员的身体健康。通过实验可以看出，微波消解法进行工作场所空气中重金属危害因素的样品处理使用试剂量少、简便、快速、结果准确。其结果的精密度和准确度高，跟国家标准方法相比，差异无统计学意义，此方法可适应在职业病危害因素检验中样品的处理

[1]徐伯洪,闫慧芳.工作场所有害物质监测方法[M].北京:中国人民公安大学出版社,2003.

[2]中华人民共和国国家职业卫生标准GBZ/T160.5.9.1013.-2004.工作场所空气有害物质测定[S].北京:中国标准出版社,2004.

[3]孙玉玲,刘景振.微波溶样在元素检测方面的应用研究[J].中国公共卫生,2002,18(2):231-232.

[4]杨惠芬.食品卫生理化检验标准手册[M].北京:中国标准出版社,1998.

[5]食品卫生标准使用手册理化检验方法[S].北京:卫生部食品卫生监督检验所,2003.

[6]骆巨新.分析实验室装备手册[M].北京:化学工业出版社,2003.