硫酸碳化-酸溶法消解ICP-AES测定纤维中的锌微量元素

潘 艳，周学军

（安徽工业大学 现代分析测试中心，安徽 马鞍山243002）

0 前 言

随着现代生活水平的提高，人们对于具有健康功能的纤维面料的追求越来越多。锌元素是人体必需的一种微量元素，在纤维中加入锌元素,对维护身体健康与皮肤清洁有显著效果。含有锌合成纤维的面料耐洗、易染色，并且能保证锌元素的功能长久有效。除了具有呵护皮肤以及功效持久的特点外，该合成纤维还具有舒压、理疗、减轻皮肤瘙痒和过敏症状的效果。目前一些高品质的纤维材料加入纳米氧化锌既可以抗菌也可以抗紫外线。所以测定纤维中的锌含量对于高品质的纤维生产工艺的改良至关重要。目前锌元素的分析手段主要有X射线荧光光谱法[1]、原子吸收光谱法[2]、电感耦合等离子体光谱等[3]。X射线荧光光谱法前处理简单，样品无需消解，节省了时间，对环境无酸污染，但是对于微量元素的检测灵敏度不够；原子吸收光谱法仪器投入与运行成本低，灵敏度和精确度较好，但许多元素的测量需要加电离抑制剂和释放剂；电感耦合等离子体光谱灵敏度高，精确度好，谱线简单且测定线性范围宽，基体干扰小。

纤维作为一类最难溶解的试样，其试样的消解主要有灰化法、酸溶法、微波消解法等，但是这些消解方法都有一定的局限性。灰化法温度高使一些元素挥发，造成不可控制的损失；酸溶及微波消解对于难消解的样品则无法使得样品完全溶解。目前纤维中的锌元素的测定尚未见报到，本文采用硫酸碳化-酸溶法消解样品具有快速、高效，样品溶解完全。测定结果完全能满足分析要求。

1 实验部分

1.1 仪器及工作条件

ICP-AES为日本岛津公司生产的ICP-7510型光谱仪（可控温电炉，富勒姆超纯水系统），仪器工作参数如表1。

表1 ICP-AES工作参数

1.2 实验试剂

硝酸（65%）为优级纯，高氯酸为分析纯。所用标准溶液锌购于北京钢研纳克检测技术有限公司，根据需要稀释到合适浓度。

1.3 样品前处理

1.3.1 样品制备

将纤维剪碎，称取0.1g样品分别用微波消解及硫酸碳化-酸溶法两种方法消解纤维。

1.微波消解：加入少许去离子水润湿样品，在通风橱中，沿着消解罐壁加入2ml的过氧化氢，摇匀，对样品进行预消解，并过夜。再向消解罐内缓慢加入10ml王水（v盐酸：v硝酸=3：1），摇匀，使酸与样品完全混合，盖上内盖，拧紧罐盖，加上防爆膜，放入微波消解仪中，待一切准备完好，按照表2的压力和时间运行。消解结束待彻底冷却后取出消解罐，将消解好的溶液过滤定容至50ml容量瓶中，待测。

表2 微波消解仪压力和消解时间

2.硫酸碳化-酸溶法消解：称取0.1g纤维置于25ml烧杯中加入2ml浓硫酸进行低温碳化。之后将烧杯放在电炉上加热使纤维完全碳化，此时有大量的气体冒出。试样变成黑色残碳，当烟冒尽，取下烧杯待冷却至室温后加入5ml水、5ml硝酸和1ml高氯酸于烧杯中，使用电炉加热至样品溶液变澄清，把样品蒸干后加入2ml水和5ml硝酸加热溶解后冷却至室温，定容测定。

2 结果与分析

2.1 样品分解方法

纤维样品分解技术大致可分成3种基本方式：灰化法、酸溶法、微波消解法。虽然灰化法对纤维样品可以进行全分解并且简单、快捷，但主要的缺点是会引起一些元素的挥发损失， 如As、Hg、Se、Cd、Pd、Zn等。为了组织分析物挥发，通常在灰化中加入硝酸盐作为助灰化剂。分析物转化为易溶的硝酸盐，但是盐类的增加使得背景增加检出限变差。微波消解因其加热快、温度高、消解能力强、消耗酸少、污染少、空白值小和可避免挥发样品的损失等优点，目前被广泛使用，但是对于难消解的样品其消解效果不如湿法消解好。本实验中的纤维微波消解法消解不完全，纤维的消解此法会使测定结果误差较大。所以选用硫酸碳化-酸溶法消解方法，在样品中加入浓硫酸在电炉上加热至纤维逐步裂解碳化，大量的烟冒出后，试样变成黑色残碳，当烟冒尽取下烧杯冷却，加入5ml水、5ml硝酸和1ml高氯酸，开始消解温度较低时硝酸起到主要的作用，随着消解温度的越来越高，高氯酸分解，产生的白色烟雾使残碳完全消解，样品溶液变得澄清，此法适用于纤维样品的消解。

2.2 样品分析

实验中选择锌的3条分析线，考虑灵敏度及背景，其它元素的干扰等因素，依据实验结果表明分析线213.8nm，灵敏度最高，分析结果干扰最小，检测线最低。配置锌的一系列标准溶液，使其把测定值包含在标准曲线内。质量浓度为横坐标，仪器响应值为纵坐标，绘制标准曲线，标准曲线的回归方程y=12.694x、相关系数0.99981、检出限0.07841mg/L。基本能满足痕量重金属检测要求。

2.3 实验结果

取同一纤维样品采用灰化法、湿法、微波消解方式处理样品，用ICP-AES法测定结果如表3。

表3 不同消解方法的测定结果

结果表明，微波消解法的误差最大，其主要原因是纤维样品在微波中消解不完全；灰化法的误差主要由于灰化温度较高导致锌元素的部分挥发；硫酸碳化-酸溶法测定符合标准值，主要由于样品消解完全，消解过程无元素的损失，所以此法适用于纤维样品中锌的测定。

2.4 精密度与加标回收试验

测定3组不同的纤维样品，按照硫酸碳化-酸溶法消解法测定锌含量，对锌金属元素进行加标回收实验。试验结果见表4，可知样品回收率满足质量控制的相关要求。

表4 精密度与加标回收试验结果

3 结 语

通过低温碳化，使纤维变成碳残渣，在消解过程中加入适当的硝酸及高氯酸，随着温度的不断升高充分发挥了硝酸及高氯酸的消解及氧化功能，优点比较明显。

1.所有的纤维样品完全溶解，使待测元素完全溶解在待测溶液中。

2.湿法消解温度较灰化法要低，避免了锌元素的挥发。

3.采用硫酸先碳化样品，避免直接加入高氯酸可能爆炸的危险。

4.纤维中的重金属元素的测定尚未见报到，硫酸碳化-酸溶法测定锌元素的标准曲线线性好，检测限低，回收率在质量控制范围内，具有较高的精密度和准确度。

因此，该方法是一种良好的纤维中重金属检测方法。

[1]戴春岭，齐望，张菲菲，等.X射线荧光光谱法快速检测土壤中的重金属元素[C].中国环境科学学会学术年会论文集，2011：1643-1646.

[2]宋龙波，赵龙刚，赵延伟，等.火焰原子吸收光谱法测定婴幼儿奶粉中铁、锌元素含量[J].安徽农业科学,2012,33:16374-16376.

[3]郭健，杨博.ICP-OES法测定纯铝中铁、锰、硅、铜、镁、钛、锌元素含量[J].中国石油和化工标准与质量，2013，14：3-5.