ICP-AES法测定玻璃器皿中铅、镉、砷、锑溶出量的研究

王昌钊，张遴

（陕西出入境检验检疫局，西安 710068）

ICP-AES法测定玻璃器皿中铅、镉、砷、锑溶出量的研究

王昌钊，张遴

（陕西出入境检验检疫局，西安 710068）

采用ICP-AES法同时测定玻璃器皿中铅、镉、砷、锑的溶出量，对ICP-AES法测定4%乙酸浸泡液时分析线的选择和射频功率、载气压力的影响，以及基体和共存离子的干扰情况等进行了研究。4种元素的检出限分别为铅0.012 mg／L，镉0.0009 mg／L，砷0.015 mg／L，锑0.015 mg／L，加标回收率为97.3%～102.0%，测定结果的相对标准偏差为0.45%～1.36%（n=6）。

ICP-AES；玻璃器皿；铅；镉；砷；锑

作为盛装食品的容器和餐饮用具，玻璃器皿在日常生活中的各个领域都有应用。在玻璃的熔制过程中，铅作为玻璃组成，镉作为着色剂被引入玻璃中，为了增加其透明度、去除气泡，往往采用三氧化二砷或者氧化砷和氧化锑的混合物作为澄清剂［1］。铅对人体神经系统、骨骼造血功能、消化系统等均有危害，特别是大脑处于神经系统敏感期的儿童，对铅有特殊的敏感性；镉最易在体内长期蓄积，1992年被国际癌症研究中心确认为IA级致癌物，被美国毒物管委会列为第6位危害人体健康的有毒物质；砷长期少量侵入人体，对红血球生成有刺激影响，还会引发细胞中毒和毛细管中毒，可能诱发恶性肿瘤；锑对人体和动物体产生慢性毒性及潜在致癌性。铅、镉、砷、锑的测定方法有石墨炉原子吸收光谱法［2-4］、原子荧光光度法［5，6］、电感耦合等离子体原子发射光谱法［7］、分光光度法等，电感耦合等离子体原子发射光谱法用于与食品接触的玻璃器皿检测的研究较少。国家标准对有害元素铅、镉、砷、锑有严格的限量要求［8］，其中小容器铅含量不大于 1.5 mg／L，镉含量不大于0.5 mg／L,砷含量不大于0.2 mg／L,锑含量不大于1.2 mg／L。该标准中规定铅、镉的检测方法为原子吸收分光光度法，砷的检测方法为氢化物原子荧光光度法，锑的检测检测方法为分光光度法。其中原子荧光法检测砷的技术在我国比较成熟，但该项技术和设备在国外很少使用，比色法检测锑需用苯萃取，操作繁琐、污染严重，难以满足快速检验的要求。ICP-AES方法是20世纪70年代以来在国外发展起来的一种元素分析方法，具有快速、准确、灵敏度高、干扰少和多元素同时分析等特点，已广泛应用于重金属元素的检测。为了与国际惯例接轨，避免检测方法和检测技术不一致，确保我国食品用玻璃器皿能够顺利出口，研究建立电感耦合原子发射光谱法检测砷、锑的技术具有重要意义。

笔者对ICP-AES法测定4%乙酸浸泡液时分析线的选择、仪器最佳工作条件确定等进行了探讨，建立了ICP-AES法同时测定玻璃器皿中铅、镉、砷、锑溶出量的方法，该法快速、准确。

1 实验部分

1.1 主要仪器与试剂

全谱直读电感耦合等离子体原子发射光谱仪：IRIS Advantage型，美国热电公司；

铅、镉、砷标准储备液：浓度均为1.0 mg／mL，国家钢铁材料测试中心；

锑标准储备液：0.5 mg／mL，国家钢铁材料测试中心；

冰乙酸：优级纯；

乙酸溶液：4%，取40 mL冰乙酸用蒸馏水稀释至l L。

1.2 工作曲线绘制

将铅、镉、砷、锑标准储备液逐级稀释配制成系列混合标准溶液，铅的浓度依次为 0，0.25，0.50，1.0，2.0，4.0 mg／L ；镉、砷和锑依次为 0，0.10，0.50，1.0，1.5，2.0 mg／L，介质均为4 %乙酸溶液，然后进行测定并绘制工作曲线。

1.3 样品处理

将玻璃器皿用水、洗涤剂洗涤，然后用自来水反复冲洗，再用蒸馏水或去离子水漂洗干净，晾干后备用。加入4%乙酸溶液至上口边缘1 cm处，加盖不透光玻璃，在（22±2）℃下浸泡24 h后用玻璃棒将浸泡液搅拌均匀，取出适量的浸泡液供ICP-AES测定(应尽快测定)。

1.4 仪器工作条件

全息光栅，CID检测器，高频发生器频率27.12 MHz；玻璃同心雾化器，旋流雾化室，蠕动泵进样。分析谱线 (nm)：Pb 220.353，Cd 214.438，As 193.759，Sb 206.833；射频功率 (RF Power)：1 350 W；雾化器压力：152 kPa(22 psi)；蠕动泵转速：110 r／min；氩辅助气流量：0.5 L／min；冷却气流量：15 L／min；积分时间：低波 20 s，高波 10 s。

2 结果与讨论

2.1 分析线的选择

分析线的选择是否恰当，直接影响到测定结果的准确性及测定方法的可信度，因此，待测元素波长的选择是分析过程中的重要环节。选择被测元素的分析线时，要根据谱线的灵敏度和受干扰的情况来确定，尽量选择灵敏度高且干扰少的谱线作为分析线，同时考察各分析线的干扰和背景影响情况，从而选择合适的分析线和背景校正位置，各元素的分析谱线见表1。

表1 分析线、检出限和背景校正

2.2 仪器工作条件的选择

ICP-AES法测定水溶液和有机溶液的最佳工作条件不同。为确定分析4%乙酸溶液时仪器最佳工作条件，对影响分析结果的主要参数进行讨论。

2.2.1 射频功率

射频功率是ICP-AES分析中重要的工作条件之一，它直接影响分析线的信背比和检出限。功率太低，影响待测元素的激发；功率太大，能源消耗大，同时也易烧掉炬管。由于本实验浸泡液为4%乙酸，而乙酸在等离子体中解离会比在水溶液消耗更高的能量，因此需要提供较高的入射功率。固定其它参数，由750～1550 W改变射频功率进行检测，考察不同入射功率对铅、镉、砷、锑分析线的信背比影响情况，见图1。

图1 射频功率与谱线强度的关系

射频功率增大，激发能量变大，等离子体温度升高，铅、镉、砷、锑谱线强度也逐渐增大（见图1）。由于实验浸泡液为4%乙酸溶液，它在等离子体中解离会比在水溶液消耗更高的能量，所测元素砷、锑较难激发，需较大射频功率。当射频功率为1 350 W时，铅、镉、砷、锑发射光强度大且强度稳定，综合考虑选择射频功率为1 350 W

2.2.2 蠕动泵的转速

改变蠕动泵的转速，分别测定同一样品中被测元素的谱线强度。结果显示，谱线强度随着蠕动泵转速的增加而逐渐增强，但谱线强度变化不大。综合考虑，选择蠕动泵的转速为110 r／min。

2.2.3 雾化器的压力

改变雾化器压力，从103.4～186.2 kPa(15～27 psi)进行测定。结果表明，大多数元素随雾化器压力的增加谱线强度增大，但雾化器压力增大到一定程度后谱线强度反而下降，雾化器压力太低，会影响待测元素的灵敏度；雾化器压力太大，影响雾化的效果，结果见图2。

图2 雾化器压力与谱线强度的关系

从图2可知，当其它待测元素的灵敏度满足要求时，优先考虑砷和铅的测定条件，当雾化器压力为152 kPa（22 psi）时，灵敏度高且发光强度大，因此选择雾化器的压力为152 kPa。

2.2.4 氩辅助气流量

实验结果表明，随着辅助气流量的增大，各待测元素谱线强度均有下降的趋势，但辅助气流量为0时火焰不稳定且容易熄火，选择氩辅助气流量为0.5 L／min较合适。

2.2.5 共存离子的影响

对玻璃器皿浸泡液中常见的共存离子进行干扰试验，分别试验100 mg／L的钾、钠、铁、铜、钴、钛、锰、铬、钒、钙、钼、镁、钡等元素对待测元素的干扰情况，发现除多谱线元素铁对铅有弱干扰外，其它元素对待测元素的测定均无显著影响。

2.3 工作曲线方程

对1.2中的标准系列溶液进行测定，分别以铅、镉、砷、锑谱线强度（Y）为纵坐标，以铅、镉、砷、锑浓度（X, mg／L）为横坐标进行线性回归，得各元素的线性方程，线性范围和相关系数，见表2。

表2 回归方程、线性范围和相关系数

2.4 检出限

根据IUPAC(International Union of Pure and Applied Chemistry，国际纯粹与应用化学联合会)的规定，在测定条件下，对4 %乙酸溶液连续测定11次，以3倍标准偏差所对应的浓度值为各元素的检出限，结果列于表2。

2.5 回收率和精密度试验

选择一玻璃器皿，分别加入样品浸泡液30 mL，加入待测元素的标准溶液，用4%乙酸溶液定容，对其连续进行6次平行测定，计算测定结果的相对标准偏差和回收率，见表3。由表3可知，4种元素的加标回收率为97.3%～102.0%，测定结果的相对标准偏差为0.45%～1.36%。

表3 回收率和精密度试验结果(n=6)

2.6 样品测定

对购于某生产厂家的水晶贴花口杯、彩色高脚杯、普通玻璃器皿按1.3方法进行处理，然后测定浸泡液中的铅、镉、砷、锑的溶出量，结果见表4。

表4 样品分析结果 mg／L

由表3可见，根据国家标准，璃器皿中铅、镉、砷、锑的溶出量部分指标超出了其限量，在生产过程中确实会引入铅、镉、锑、镍等重金属的污染，本法为加强玻璃器皿的安全卫生监控提供了一种快速、有效的检测手段。

3 结语

在探讨仪器分析线、背景校正、入射功率、雾化器压力、辅助气流量的基础上，建立了使用ICPAES同时测定玻璃器皿中铅、镉、砷、锑的溶出量的方法。该方法快速简便，检测结果准确，适用于玻璃器皿的日常检验。

［1］蒋中鳖.讨论GB 19778-2005的实施对保障我国人民健康的意义［J］.中国标准导报，2006(9)： 13.

［2］ISO 7086-1：2000(E) Glass hollowware in contact with food-Release of lead and cadmium-part 1：test methods［S］.

［3］张遴，李小梅，王昌钊，等.石墨炉原子吸收光谱法测定玻璃器皿中砷溶出量［J］.化学试剂，2010，32(7)：620-622.

［4］张遴，丁润明，陈欣，等.石墨炉原子吸收光谱法测定玻璃器皿浸出的锑量［J］.理化检验：化学分册，2009，45： 12-13.

［5］张遴，乐爱山.氢化物发生-原子荧光光谱法同时测定与食品接触容器中砷、锑溶出量［J］.食品科学 2008，29(1)： 267-269.

［6］谢华林，文海初.原子荧光光谱法测定搪瓷容器中微量溶出锑的研究［J］.玻璃与搪瓷，2005，33(1)： 40-42.

［7］吕水源，杨荣鑫，刘伟.ICP-AES法同时测定搪瓷餐具中铅镉锑镍的溶出量［J］.理化检验：化学分册,2006,42： 122-124.

［8］GB 19778-2005 包装玻璃容器铅、镉、砷、锑溶出允许限量[S].

Simultaneous Determination of Pb,Cd,As,SbReleased from Glassware by ICP-AES

Wang Changzhao， Zhang Lin
(Shaanxi Entry-Exit Inspection and Quarantine Bureau， Xi’an 710068， China)

ICP-AES method for the simultaneous determination of Pb，Cd，As，Sb released from glassware was presented.The effects of analytical lines，applied power and carrier gas flow-rate，matrix and coexisting elements were investigated as the soak solution of 4% acetic acid was analyzed.The detection limits were 0.012，0.0009，0.015，0.015 for Pb,Cd, As,Sb respectively. The recoveries of four elements ranged from 97.3%to 106.0%. The relative standard deviation of detection results was 0.45%-1.36%(n=6).

ICP-AES; glassware; lead; cadmium; arsenic; antimony

O657.31

A

1008-6145(2012)04-0050-03

10.3969／j.issn.1008-6145.2012.04.015

联系人：王昌钊；E-mail： wangcz@snciq.gov.cn

2012-04-17