微波消解ICP-AES法测定聚苯乙烯吸附树脂中重金属含量

黎 淼 唐丽嵘 计晓梅

桂林市环境监测中心站，广西 桂林 541002

微波消解ICP-AES法测定聚苯乙烯吸附树脂中重金属含量

黎 淼 唐丽嵘 计晓梅

桂林市环境监测中心站，广西 桂林 541002

通过优化分析条件，实验研究了微波消解电感耦合等离子体发射光谱法测定聚苯乙烯吸附树脂中的Fe、Mn、Zn、Pb、Cd、Cr六种重金属的含量。方法的检出限为0.0005～0.02mg/L之间，回收率在98.0 %～101.29%，RSD小于3.6%。该方法灵敏度高、重复性好，可实现对聚苯乙烯吸附树脂中重金属的含量快速准确地测定。

电感耦合等离子体发射光谱法；微波消解；聚苯乙烯吸附树脂；重金属

0 前言

聚苯乙烯吸附树脂是通过苯乙烯为单体，加入一定量的交联剂，通过悬浮聚合而制得[1]。目前，该类树脂机械强度高，可以人为调节孔径分布以及比表面，在适当的孔径下有较高的比表面和恰好的极性，因此，聚苯乙烯吸附树脂能吸附那些不易溶于水，却能高度溶于甲醇、乙醇、丙酮等有机溶剂的带极性的分子。而血液中毒物分子庞大，带极性的亲水基团较多，很容易为各种大孔树脂所吸附[2]。因此，聚苯乙烯吸附树脂在血液灌流医疗领域已得到了广泛的应用。

但是，在临床领域，治疗过程中经常会出现产品凝血的现象，甚至有患者出现过敏等不适反应。目前，通过研究，有很多种因素可能会导致上述症状，其中，聚苯乙烯吸附树脂中的重金属含量高是其中因素之一[3]。因此，对聚苯乙烯吸附树脂中的重金属含量进行检测分析就显得很有必要。

与传统的原子吸收法和分光光度法相比，ICP-AES法的准确度以及灵敏度均较高，能有效避免体系内基体元素的干扰，且能够实现多种元素的同时测定。因此，在重金属的监测分析领域，电感耦合等离子体发射光谱法已经成为国际上先进的检测技术。而前处理技术主要是指在样品分析之前，通过一定的预处理将基体复杂的样品转化成能够满足分析测试要求的样品的一种手段。树脂类样品进行重金属分析测试前，也需要通过相应的前处理手段将样品中的重金属充分的提取出来。树脂类样品的前处理一般采用索氏提取法或高温灰化法，索氏提取法操作烦琐，处理过程耗时较长，而高温灰化法处理温度较高，一般需达到500℃或者更高温度，而且在马弗炉中灰化容易造成密闭不严的情况，这样就容易造成重金属元素的挥发及损失，导致结果回收率低、精度和准确度较差，从而不能准确测定树脂中重金属的含量。而微波消解法是近年来出现的一种比较新颖的样品前处理技术，相比传统的前处理技术，微波消解大大缩短了处理时间，整个处理过程能够在几十分钟之内完成，带入的干扰也较少，添加组分仅仅是常见的几种混酸，而且样品的消解是在密闭容器中进行的，避免了重金属元素的挥发以及损失，样品在密闭容器中，更容易消解充分，因此，微波消解法作为一种先进的前处理手段，在重金属分析检测领域，已经越来越引起重视。

本文主要是采用微波消解ICP-AES法对未净化加工的聚苯乙烯吸附树脂进行检测，通过定量检测分析在树脂合成过程中可能会引入树脂内部的Fe、Mn、Zn、Pb、Cd、Cr六种重金属组分，来考察聚苯乙烯吸附树脂中的重金属含量。

1 实验部分

1．1 主要仪器

美国热电公司 Icap 6000 series电感耦合等离子体发射光谱仪，美国CEM公司MARS6 classic多功能微波消解仪，中国上海博通化学科技有限公司09C20型智能控温电加热器。

1．2 主要试剂

盐酸：优级纯，广州化工厂；

硝酸：优级纯，广州化工厂；

氢氟酸：优级纯，广州化工厂；

Fe、Mn标准溶液：均为1000mg/L，购于国家标准物质中心；

Zn、Pb、Cd、Cr标准溶液：均为1000mg/L，购于国家标准物质中心；

H2O：18MΩ以上去离子水；

氩气：钢瓶气，纯度99.999%国信气体。

1．3 试剂的配制

1.3.1 100mg/L中间液的配置

分别将1000mg/L Fe、Mn标准溶液以及1000mg/L Zn、Pb、Cd、Cr标准溶液稀释10倍，即得到100mg/L中间液，可用于后续标准曲线的配制。

1.3.2 配制标准溶液

分别取0.1、0.3、1、2、3mL的100mg/L中间液于100mL容量瓶中，使用1%的HNO3溶液定容，定容至接近容量瓶刻度时，换用装有去离子水的洗瓶进行定容，最后，定容至刻度，即可得到0.1、0.3、1、2、3mg/L的标准溶液，将标准溶液转移至聚乙烯瓶中，待用。

1．4 实验方法

1.4.1 微波消解前处理

准确称取聚苯乙烯吸附树脂0.2g于消解罐中，加入2mL浓盐酸、6mL浓硝酸，设定微波消解仪的程序，将消解罐放入微波消解仪中进行消解。消解过程中，不要走开，要注意观察仪器内的消解罐是否有漏气，并观察微波消解仪的面板曲线，确认仪器内部温度、压力是否正常，避免在实验过程中，出现爆罐的情况。消解结束后，将消解罐移入通风橱中进行冷却，冷却至室温后，将消解罐打开放气，之后，在将消解罐转移到控温加热器上进行赶酸，赶酸过程中要注意观察，避免溶液出现干涸的情况，至溶液近干的时候，将消解罐取出，并冷却至室温，观察消解是否充分，如果消解完全，则将消解液转移到50mL容量瓶中，最后，用去离子水定容至刻度。

1.4.2 样品测定

开机运行ICP-AES，并利用2.3.2配制的标准溶液建立标准曲线，测定2.4.1样品处理的溶液，获得样品中被测重金属的含量。

2 结果与讨论

2．1 消解体系的选择

在消解体系中，浓硝酸以及浓盐酸的混酸体系试用于基体不太复杂的样品。实验首先选用逆王水的混酸体系即2mL浓盐酸+6mL浓硝酸作为微波消解液，对聚苯乙烯吸附树脂样品进行前处理。消解后发现体系中有沉淀，溶液浑浊，说明消解不充分。考虑在消解体系中引入氢氟酸，氢氟酸能够增加混酸体系的酸度以及氧化性，但氢氟酸的引入，可能会增加爆罐的风险，因此，氢氟酸的用量需要严格控制。本文采用逐渐加量的方式来引入氢氟酸，最后，通过实验得出，加入2mL的氢氟酸就能够将聚苯乙烯吸附树脂消解完全，加入过量的氢氟酸虽然能够增加消解效率，但增加了爆罐风险，因此，本文确定加入2mL氢氟酸。最后，本文确定的混合消解体系的组成为：6mL浓硝酸+2mL浓盐酸+2mL氢氟酸。

2．2 元素分析线

ICP-AES具有同时测定多条分析谱线的特点，但是，在ICPAES法的分析过程中，谱线与谱线之间往往会出现干扰，而且，样品的基体元素也容易导致分析谱线出现干扰甚至偏移的情况，因此，选取峰形合适、干扰小的元素分析线，在分析测试过程中就显得尤为重要。文章选择的元素分析线为：Fe：259.94nm; Mn：257.61nm; Zn：213.86nm; Pb：220.35nm; Cd：226.50nm; Cr：267.72nm。

2．3 方法检出限

按照上述选定好的元素分析线，选用1%硝酸溶液作为空白平行测定11次，取空白溶液各重金属的标准偏差的3倍浓度值为检出限值。测得的检出限如下：Fe：0.0045mg/L; Mn：0.0005mg/L; Zn：0.001mg/L; Pb：0.02mg/L; Cd：0.004mg/L; Cr：0.019mg/L。方法检出限在0.0005～0.02mg/L之间。

2．4 样品分析

按2.4.1样品前处理方法，对同一检测样品平行处理8份，分别进行测定，计算其相对标准偏差，并在消解待测液中加入1mg/L的标准样品，计算加标回收率，其分析结果见表1。

表1 重复性（n=8）及加标回收率

由表1可知，未净化加工的聚苯乙烯吸附树脂中残留有Fe、Mn、Zn三种重金属元素；测定方法的加标回收率为98.0 % ～101.29%；RSD均小于3.6%，方法的重现性较好；利用微波消解ICP法可实现对聚苯乙烯吸附树脂中重金属的含量快速准确地测定。

3 结论

文章采用微波消解ICP法测定聚苯乙烯吸附树脂中的重金属含量：

（1）未净化加工的聚苯乙烯吸附树脂中残留有Fe、Mn、Zn三种重金属元素；

（2）以6mL浓硝酸+2mL浓盐酸+2mL氢氟酸作为消解体系的微波消解法处理样品具有处理时间短、元素损失少、样品消解充分等优点；

（3）优化条件后的ICP-AES分析方法能够同时测定聚苯乙烯吸附树脂中多种重金属的含量。该方法检出限为0.0005～0.02mg/L之间，回收率为98.0%～101.29%，相对标准偏差小于3.6%，方法灵敏度高、重复性好；

（4）利用微波消解ICP法可实现对聚苯乙烯吸附树脂中重金属的含量快速准确地测定。

[1]夏笃祎．离子交换树脂[M]．北京：化学工业出版社，1983．

[2]钱庭宝，刘维琳，李金和．吸附树脂及其应用[M]．北京：化学工业出版社，1990．

[3]王质刚．血液净化学[M]．北京：北京科学技术出版社，1970．

黎淼（1987-），男，湖北天门，研究生，现从事环境监测方面的工作。