火焰原子吸收光谱法测定云母钛珠光颜料中6种重金属元素

魏洪敏 炼晓璐 甄长伟 王 威 李金虎 张化海

(北京海光仪器有限公司，北京 100015)

前言

云母钛珠光颜料具有优良的化学稳定性和特殊的光学效应，可以产生由银白色向金、红、紫、蓝、绿变化的干涉色[1-2]，且对人体无害，在搪瓷、陶瓷、油墨、涂料、化妆品、塑料、皮革、印染、汽车工业等行业具有其他颜料不可替代的作用[3-5]。天然云母因资源丰富、制造成本低而被广泛应用于制备云母钛珠光颜料的基材，这类颜料以云母为基材，再以特殊工艺包覆二氧化钛或其他金属氧化物而成[6-8]。目前国内外主要采用液相沉积法来制备，制备过程中会使用到云母基材以及钛盐、铁盐等各种化学试剂，均是重金属的来源。我国对云母钛珠光颜料的监控指标也很少，仅有两个内容相对简单的标准。建材行业标准“JC 467—1992(1996)”合成云母珠光颜料中对铅、砷、汞有限量要求，分别为20、10和1 mg/kg[9]；而化工行业标准“HG/T 3744—2004”云母珠光颜料，并未对其重金属含量作出限量要求[10]。因此，建立合理的检验这类物质中重金属的分析检测方法是非常必要的。

原子吸收光谱法具有灵敏度高、选择性好等特点，已广泛应用于各种行业的重金属检测中[11-12]。应用火焰原子吸收光谱法，选取了云母钛珠光颜料，对其中的Cd、Cr、Co、Ni、Pb、Cu 共6种重金属元素进行了测定。

1 实验部分

1.1 主要仪器和试剂

GGX-830原子吸收分光光度计(北京海光仪器有限公司)；原子吸收用空心阴极灯 (Pb、Cd、Cr、Co、Ni、Cu)，北京有色金属研究总院；EG20A可调恒温电热板(北京莱伯泰科仪器股份有限公司)；高纯水机(北京历元电子仪器有限公司)；分析天平(德国Sartorius)。

硝酸(优级纯)、盐酸(优级纯)、氢氟酸(优级纯)；Pb、Cd、Cr、Co、Ni、Cu标准储备溶液(1 000 μg/mL，国家标准物质研究中心)。

6种元素标准系列的配制方法相同，以铅元素为例说明配制方法。取1 000 μg/mL的铅标准储备溶液稀释成100 μg/mL的标准溶液，分别吸取0、0.50、1.00、2.00、3.00 mL，标准溶液，置于100 mL容量瓶中，加入0.5 mL硝酸，用去离子水定容并摇匀，配制成0、0.50、1.00、2.00、3.00 μg/mL的系列标准工作溶液。

1.2 样品前处理

准确称取1.0 g(精确至0.000 1 g)样品置于聚四氟乙烯烧杯中，依次加入10 mL硝酸、5 mL氢氟酸和2 mL盐酸，放在加热板上120 ℃消解30 min，然后升温至150 ℃保持2 h，视消解情况可再补加2～3 mL硝酸，直至溶液澄清透明，最后将温度升至180 ℃赶酸至烧杯内溶液剩余约1 mL，将烧杯取下。待冷却后转移至50 mL容量瓶中，烧杯用少量的水清洗两次并将清洗液转入容量瓶中，用去离子水定容后摇匀，同时做试剂空白。

1.3 仪器测定条件

各种元素测量的仪器条件见表1。

表1 各元素测试条件Table 1 The conditions of determination

2 结果与讨论

2.1 消解液的选择及用量

用来做云母珠光颜料基材的有天然云母和合成云母，主要成分是二氧化硅(含量约为49%)和氧化铝(含量约为30%)。使用氢氟酸进行消解时，其可以与云母珠光颜料中的硅元素反应产生容易挥发的四氟化硅，从而将Si从测定基体中分离出去，以消除其可能对各元素测定时的干扰[13]。另外，实验表明不使用氢氟酸时，消解液中有白灰色沉淀物存在。而氢氟酸可以使样品消解的更完全，使待测元素彻底被释放出来，消解液是澄清透明的，以使测定结果更加准确可靠。因此，前处理时在使用硝酸和盐酸消解的同时使用了5 mL氢氟酸。实验中也发现仅使用硝酸和氢氟酸也不能将样品消解完全，在体系中加入2 mL盐酸进行消解可以得到澄清透明的消解液，而且平行样和加标回收率的测定均很好。因此，实验选用了10 mL硝酸、5 mL氢氟酸和2 mL盐酸的消解体系，并且，这样可以使一次消解的制备液同时满足6种元素的测定。

2.2 仪器工作条件的选择

原子吸收光谱分析中，不同的测量条件对测定结果的准确度和灵敏度影响很大。表1给出了各元素的测定最佳工作条件，该测定条件可以有效地消除干扰，获得最好的测定结果和灵敏度。对于测定条件的选择原则如下。

吸收波长：选用各元素的共振线作为分析线，以获得较高的灵敏度。

灯电流：通过实验测定吸光度随空心阴极灯灯电流的变化，在保证读数稳定时，选用了各元素最低的工作电流作为最佳的灯电流。

狭缝宽度：获得较高的信噪比和较好的读数稳定性，选取了不引起各元素吸光度减少的最大狭缝宽度作为最佳狭缝宽度。

火焰条件：包括燃烧器高度和燃气助燃气比例。使用某一浓度的各元素标准溶液喷雾，再缓缓上下移动燃烧器直到吸光度达到最大，以此位置即为各元素最佳燃烧器高度。固定燃气流量为7 L/min，调节助燃气流量，选取吸光度值最大且读数稳定的助燃气流量。

2.3 线性方程、检出限和精密度

按照仪器的工作条件对各标准系列工作溶液进行测定，绘制浓度-吸光度标准曲线，见表2。平行测定11次空白的标准偏差，以3倍空白溶液的标准偏差除以标准曲线的斜率，得到各元素测定的检出限。使用某浓度的标准溶液平行测定7次，根据测定值计算出各元素测定的相对标准偏差(RSD)指标，从表2可知，各元素的RSD均不高于1.3%。

2.4 样品测定结果及加标回收实验

对于待测的云母钛珠光颜料样品，处理3个平行样，将测定结果取平均，即为样品中该元素的本底含量。同时，对样品中待测元素进行加标回收实验，在样品消解前向消解瓶中添加各元素的标准溶液，定容后各元素的添加浓度即为加标值。表3给出了样品的测定结果和加标回收率，各个元素的回收率范围为88.9%～108%，可见测定结果的加标回收率指标良好。

表3 样品测定结果及加标回收率Table 3 The determination results of samples and the spiked recoveries

3 结论

建立了云母钛珠光颜料中Pb、Cd、Co、Cr、Cu、Ni共6种重金属元素测定的火焰原子吸收光谱法。使用硝酸+盐酸+氢氟酸混合酸消解的前处理方法。对精密度、加标回收率等方法评价指标进行了考察，结果表明该方法获得了较好的测量效果。这对云母钛珠光颜料中的重金属提供了较好的测定方法，对其生产质量评级和质量监管提供了有效的分析方法。