石墨炉原子吸收光谱法 检测聚阴离子纤维素中的镍含量

张学刚，刘华沙，陈翔宇，陆杨洋(中海油田服务股份有限公司，天津 300459)

0 引言

聚阴离子纤维素可以广泛用于石油、涂料、日化、食品和纺织行业等，随着油田开发、建材、食品、药品、化妆品以及日化品等行业领域的不断发展，聚阴离子纤维素的用量在逐年增加。随着其应用领域的不断拓展，目前，市场对聚阴离子纤维素的需求量达到了每年上万吨的规模，并以不低于10%/年的速度增长[1-2]。聚阴离子纤维素应用于不同的行业领域，所产生废弃物的方式不同，但都不可避免地会进入人类生存环境。在人类日常生活中，以日化、食品及纺织等行业的应用中，更是与人类的健康息息相关。聚阴离子纤维素多为富含天然纤维素的植物经过工艺处理化学改性制成水溶性纤维素醚类衍生物，而植物生长会吸收土壤中的镍元素并富集。人类对镍的过度接触和积累会对健康造成影响，目前国际癌症研究机构将镍化合物归为Ⅰ类致癌物，金属镍被归为2B类致癌物[3-4]。因此，对聚阴离子纤维中重金属镍的监测对人类健康及环境保护具有重要意义。随着现代光、机、电和算等各专业领域技术的进步，原子吸收光谱仪由于其分析检测灵敏度高，检出限低，选择性和精密度良好，以及高的自动化程度和强的抗干扰能力，加之操作简便，成为了衡量和超痕量元素分析测定的利器[5]。

本文通过室内评价采用简单方便的梯度温控干法灰化前处理方法处理样品，不使用基体改进剂，通过石墨炉原子吸收光谱法测定聚阴离子纤维素中的镍的含量，并对加标回收率和重复性进行实验比对，回收率在90%～110%之间，相对标准偏差小于5.0%。实验结果证明，该方法操作简单便捷，结果测定的灵敏度和精密度能够满足分析检测要求。

1 实验部分：

1.1 仪器设备与试剂

赛默飞世尔ICE 3500原子吸收光谱仪，配置GFS石墨炉及SOLAAR32数据工作站；镍空心阴极灯；热解涂层石墨炉；GFS自动进样器；天平：精度为0.000 1 g；高温马弗炉：温度稳定性(满量程) 0.2%FS，额定温度1 300 ℃；恒温烘箱：额定温度200 ℃，控温精度3 ℃；玻璃抽滤瓶：500 mL；滤膜：聚醚砜滤膜PES，0.45 μm；蒸馏水：符合GB/T 6682一级水的规定；硝酸：优级纯，含量68%；镍AAS标准液(经国家认证并授予标准物质证书)：100 mg/L ，溶于5%硝酸。

10%硝酸溶液：吸取14.6 mL硝酸，加蒸馏水稀释定容至100 mL。

0.5%硝酸溶液：吸取7.3 mL硝酸，加蒸馏水稀释定容至1 000 mL。

梯度标准曲线溶液：镍AAS标准液采用逐级稀释法，将镍AAS标准液稀释至20 μg/L，再由设备自动稀释配制为4、5、6、7 μg/L。

所有使用的玻璃器皿经10%硝酸溶液浸泡超过12 h，蒸馏水清洗烘干后备用。

1.2 试验方法

载气：高纯氩气，纯度大于等于99.99%，流量大于300 mL/min，纵向赛曼背景校正，氘灯扣除背景；分析镍元素进样体积为：20 μL；镍元素灯参数如表1所示，石墨炉升温程序如表2所示。每次进行试样分析前，需对仪器进行光谱仪光路校准和进行空烧石墨管，确定石墨管干净未被污染。

表1 镍元素灯参数

表2 镍元素对应的石墨炉升温程序

1.3 实验步骤

1.3.1 样品处理

将需要测试的样品称取30 g(精确至0.02 g)陶瓷研钵研磨无肉眼可见大颗粒，置于105±3 ℃恒温烘箱内烘干至恒重。称取约10 g烘干试样(精确至0.000 2 g)，置于事先清洁并干燥至恒量的瓷坩埚(处理方法：10%硝酸溶液浸泡三次，蒸馏水洗净后，高温炉900±25 ℃灼烧1 h至恒重备用)中，在电阻丝炉(室温逐渐升温至400±25 ℃)上炭化至无可见挥发烟。再置放入事先预热至300±10 ℃高温马弗炉，以10 ℃/min温度梯度升温至700±25 ℃后恒温持续2 h，试样呈白灰色。关闭电源。冷却至温度低于200 ℃移入干燥器再冷却至室温，加100 mL 0.5%硝酸溶液充分搅拌溶解坩埚内剩余物，转移至250 mL烧杯内，用0.45 μm的滤膜进行过滤，得到澄清透明的滤液，将滤液转移至500 mL容量瓶中，用0.5%硝酸溶液定容。

1.3.2 样品测试

在样品测试之前，确定氩气气源压力稳定在0.10±0.01 MPa；确定冷却水洁净，打开循环水系统开关，设定温度，流量及压力，水温在5～30 ℃之间，压力在0.01～0.69 MPa，最小流量为 0.7 L/min；打开光谱仪，计算机以及石墨炉电源，开启排风系统；棉签清除石墨炉体内污染物；棉签清洁温度控制系统透镜及窗口；将新的石墨管进样孔朝上置入炉头内，并关闭炉头，对准进样孔位置；确定分析元素的空心阴极灯已经安装，并预热元素灯后取定容后的样品溶液适量加入自动进样器样品杯，再放置20 μg/L镍标准物质溶液、蒸馏水及空白样溶液适量于自动进样器样品杯内并记录对应放置序号。设置设备参数，仪器自动完成分析。

2 结果与讨论

2.1 实验结果

由仪器配置的数据工作站软件计算得到元素的标准曲线方程、特征浓度及镍含量如表3所示。

表3 标准线性曲线方程及测定值

试样中镍含量C的计算按照公式[6](1)计算：

式中：C为样品中镍的含量(mg/kg)；a为样品溶液中镍的质量浓度(μg/L))；a0为空白溶液中镍的质量浓度(μg/L))；V为样品溶液的定容体积(mL)；m为样品的质量(g)；1 000为换算系数。

由表3可见，试验测定的结果对比在重复性条件下获得的独立测定结果的绝对值超过算术平均值小于5.0%，在0～20 μg/L范围内与吸光度有好的线性关系，标准工作曲线相关系数大于0.999，精准度高。

2.2 精密度和加标回收率

2.2.1 检出限

测定镍元素浓度为0.0、1.0、3.0、5.0 μg/L的信号响应值，确定标准工作曲线，曲线的相关系数大于0.995[7]。依据GB/T 27417—2017 中检出限和定量限[7]及JJF 1574—2016中的推荐方法和要求[8],在镍元素的检测条件和参数下，对空白溶液连续测定11次，计算测定结果的相对标准偏差，并由3倍的标准偏差确定检出限，结果如表4所示。

表4 检出限测定

2.2.2 加标回收率及RSD

用样品溶液进行镍元素的加标回收率实验及精密度实验，验证方法的可靠性。每个试验样品均做三平行，每个平行样品连续测定3次，计算加标回收率及相对标准偏差(RSD)[9-11]，计算结果如表5所示。

由表5见，加标回收率达到90%～110%范围之内，测定结果的相对标准偏差小于5.0%(n=3)。

表5 镍测定加标回收率及RSD

3 结语

本文建立一种使用石墨炉原子吸收光谱法检测聚阴离子纤维素中镍元素的含量的方法，结合材料的特性采用梯度温控干法灰化。这能满足并简化该种样品预处理步骤，检出结果的重复性好，检出限低以及加标回收率满足分析方法测定需要，证明本方法可满足聚阴离子纤维素中重金属镍含量的检测。