光谱技术在纺织品检测中的应用(一)——X射线荧光能谱仪在纺织品重金属检测中的应用

林素君 王永胜 贺蓉晖 聂素双 龚 龑

(北京服装学院材料科学与工程学院,北京 100029,中国)

光谱技术在纺织品检测中的应用(一)
——X射线荧光能谱仪在纺织品重金属检测中的应用

林素君 王永胜 贺蓉晖 聂素双 龚 龑＊

(北京服装学院材料科学与工程学院,北京 100029,中国)

近年来,世界各国对纺织品中的有害物质含量的控制已越来越严格。对纺织品中重金属检测方法的现状进行了概括,进一步介绍了X射线荧光能谱法在纺织品重金属检测上的应用。采用X射线荧光能谱法检测布样中的重金属和采用电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)检测结果基本一致。结果表明:X射线荧光能谱法是一种有效的纺织品中重金属检测方法,也为纺织品中重金属的检测提供了一种快速、简便、无损的初筛方法。

纺织品检测;重金属;X射线荧光能谱仪 ;应用

1 引言

近几年来,国际上对纺织品中的有害物质含量的控制越来越严格。目前,生态纺织品标准及国内标准[1]等主要包括甲醛、耐水色牢度、耐汗渍色牢度、耐摩擦色牢度、耐唾液色牢度、可分解芳香胺、可萃取重金属[2](锑、砷、铅、镉、铬、钴、铜、镍、汞)、含氯苯酚(四氯苯酚、五氯苯酚)、有机氯载体、p H值等检测项目。

其中重金属,如镍、镉、铅、铜、钴、砷、铬、锑、汞[3]等,广泛存在于各种纺织染料和后整理剂中。重金属积聚过高,对人体的危害已为世界所公认[4]。因此,对于纺织品中重金属含量的限制,尤其是发达国家和地区的要求更严格,通过技术法规、标准及预警机制等对其进行约束。

我国虽然是国际上纺织品出口大国,但对生态纺织品检测技术的研究起步较晚,在纺织品预警机制及检测技术上总体落后。虽然于近些年我国也陆续颁布了一些检测技术与标准,但在具体实施过程中出现了许多问题。因此研究新的能够快速、准确、高效地对纺织品的安全进行检测的方法,已经越来越受到关注。

随着近年来光谱技术的快速发展[5],各种光谱检测技术在纺织品检测上的应用也越来越广泛[6]。目前,检测手段主要有:电感耦合等离子体原子发射光谱法、原子吸收分光光度法、原子荧光分光光度法[7]、紫外可见分光光度仪、红外光谱仪、拉曼光谱法等。

X射线荧光光谱分析做到了真正意义上的无损检测[8]。被测样品在测量前后,化学成份、重量、形态等都保持不变;而且其分析速度快,检测一个样品中所含的各种元素只需3 min左右;且其精密度高,准确度好;自动化程度高;可以快速(半)定量地分析一个样品中各元素的含量水平;

我们采用能量色散X射线荧光能谱仪(EDXRF)对纺织品中的重金属进行检测,纺织品在检测前后完全无损,并且测量时间短,只需1 min左右。检测范围从Na到U元素。各元素谱图清晰,不容易误认[9]。是一种可开发的快速,无损,有效的检测手段。

2 实验部分

2.1 仪器及试剂

QUANT’X型能量色散X射线荧光能谱仪(美国Thermo公司)。

铜单元素标准溶液(300 mg/L):称取五水合硫酸铜(CuSO4·5H2O)(分析纯)0.5852 g,用去离子水溶解,定容至500 mL。再用300 mg/L的铜标准溶液,再分别稀释至30、3 mg/L铜标准溶液;

铬单元素标准溶液(120 mg/L):称取九水硝酸铬[Cr(NO3)3.9H2O](分析纯)1.1544 g,用去离子水溶解,定容至500 mL。再用120 mg/L的铬标准溶液,分别稀释得30、3 m g/L的铬标准溶液。

2.2 样品制备

婴幼儿服装(市场采购);民国三、四十年代布样(民族服饰博物馆提供),详细检测样品列于表1。

表1 样品Table 1 Sam ples

将待测样品1～6,12～14分别放入聚乙烯材料的样品杯中,(待测样品1～6取液5 mL)静置20 min无异样后,将样品杯放入样品台进行测量,样品7～11,直接放入仪器样品台进行检测,如图1所示。

图1 待测样品示例Figure 1.Sam ples to be investigated.

2.3 仪器条件

能量色散X射线荧光能谱仪工作条件如表2所示。

表2 仪器参数(EDXRF)Table 2 Instrumental parameters(EDXRF)

3 结果与讨论

3.1 溶液样品的分析结果

采用X射线荧光能谱仪对1～6号溶液样品中的重金属检测结果如表3所示。

表3 样品(1～6)EDXRF实验结果Table 3 EDXRF data for the samples 1～6

从表3中的检测结果,可以看出,用X射线荧光能谱仪对溶液样品进行检测,检出能力可达到10-6mg/L。因此,X射线荧光能谱法完全可以做为检测纺织品中有害重金属元素的快速的初筛方法[10]。

3.2 婴幼儿服装重金属检测的 EDXRF与 ICPAES的对比分析结果

采用X射线荧光能谱仪对市场采购的婴幼儿服装中重金属Cu进行检测如表4所示,对比ICPAES和EDXRF检测结果如表5所示。

表4 样品(6～9)EDXRF实验结果Table 4 EDXRF data for the samples 6～9

表5 ICP-AES与EDXRF实验结果对比Table 5 Comparison of EDXRF data with ICP-AES data

从表5可以看出采用X射线荧光能谱仪对纺织品布样中所含的重金属直接进行检测,检出能力可以达到10-6mg/L,而且通过后期大批量婴幼儿服装重金属检测项目的EDXRF检测结果看,结果基本一致。采用X射线荧光能谱仪作为纺织品重金属的方便、有效的初筛手段是具有很大可行性的。

3.3 不同年代布样的分析结果

通过对民国时期布样的前期历史背景等综合分析,我们发现该布样采用的不是当时传统工艺即植物染料进行的染色[11]。因此,我们采用X射线荧光能谱仪对民国时期的布样进行检测,用来进一步研究推断当时的染色工艺。其结果如表6所示。

表6 民国布样检测结果Table 6 EDXRF data for the cotton fabric samples (1940s,1950s)

从检测结果均含有硫元素,可以进一步推断,该布样采用外国进口硫化染料进行的染色。推断该布样的工艺为当时国内民族企业自力更生,自己纺布,并采用外国进口硫化染料进行染色,极大地抵制了当时外国进口布料对国内纺织企业的冲击。

3.4 实验谱图示例

采用能量色散型X射线荧光能谱仪分别对溶液样品,婴幼儿服装及历史布样三类样品进行了检测。现将溶液2号样品,婴幼儿服装8号样品及历史布样12号样品作为三类样品的代表,将其检测结果谱图如图2、图3及图4所示。

图2 样品2 EDXRF检测谱图局部放大图Figure 2.The EDXRF spectrum of the Sam ple 2.

图3 样品8 EDXRF检测谱图Figure 3.The EDXRF spectrum of the Sample 8.

4 结语

从以上分析,可以看出采用X射线荧光能谱仪对纺织品这类轻基材类样品中的重金属进行检测,无损,快速,有很大的研究空间。同时,也存在一些局限性。EDXRF对原子序数较低的轻元素(Na, Mg,Al等)灵敏度低;并且只能检测表面。相信对样品检测各种前处理手段的进一步研究,X射线荧光能谱仪的检出能力及精密度将进一步得到提高。

目前,已有拉曼光谱在纺织品中四氯苯酚痕量检测上的应用研究,中科院固体所杨亚军[12]利用银纳米“树枝晶”的表面增强拉曼散射效应,实现了对四氯联苯的快速、痕量检测。随着光谱技术应用研究的不断深入,相信光谱技术在纺织品检测上的发展前景巨大。

谱图4 样品12 EDXRF检测谱图Figure 4.The EDXRF spectrum of the Sample 12.

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Application of a Spectroscopic Technology in Textile Testing(A)——Application of Energy Dispersive X-ray Fluorescence Technology (EDXRF)in Detecting Heavy Metals in Textiles

LINSujun,WANG Yongsheng,HE Ronghui,NIE Sushuang,GONG Yan＊

(School of Materials Science&Engineering,Beijing Institute of Fashion Technology,Beijing100029,China)

In recent years,it has become more and more stringent to control over harmful substance contents in textiles among the nations in the world.In this paper,an overview for current situation of analytical techniques used for detecting heavy metals in textile was given.Furthermore,the application of energy dispersive X-ray fluorescence technology(EDXRF)in detecting heavy metals in textilewas introduced.The testing resultsof the heavy metals in the textiles by EDXRF were basically consistent with those by ICP-AES.Our studies showed that EDXRF isan effective analyticalmethod for detecting heavymetals in textiles.It can be used asa screeningmethod for quick,simple,non-destuctive detection of heavy metals in textiles.

textile testing;heavy metal;EDXRF;app lication

O657.62;O657.34

A

2095-1035(2011)02-0058-05

10.3969/j.issn.2095-1035.2011.02.0011

2011-1-23

2011-03-26

服装材料研究开发与评价北京市重点实验室资助项目(2009ZK-06);北京市教委面上项目资助,编号:(AJ2010-08)。

林素君,女,硕士。主要从事材料检测和应用化学研究。Email:linsujun.bift@gmail.com

龚龑,男,副教授。主要从事纳米材料、仿生技术和应用化学等研究。