电感耦合等离子体发射光谱法测定轨道交通地板布中可溶性铅、镉

王春生，杜立新，徐巧红，王卫

(1.中车青岛四方机车车辆股份有限公司，山东青岛 266111； 2.华测检测认证集团股份有限公司，广东深圳 518101)

作为轨道交通车辆内装材料的一部分，地板布主要作为铺地材料铺设于各类车体的地板上，起到美观、防滑、减震降噪作用[1-4]。为了保证地板布的产品性能，其生产过程会添加铅盐或镉盐作为稳定剂，在使用过程中，随着磨损，铅、镉持续地向表层迁移，在空气中形成铅尘、镉尘，同时地板表面的铅、镉也容易被婴幼儿直接接触，并经由吸食手指的方式而摄入体内[5]。铅、镉均有生物毒性。慢性铅中毒可损伤人的血液系统、神经系统、消化系统、肾、生殖系统等，并有致畸作用；镉对胃肠粘膜有强烈刺激，长时间吸入镉尘以及镉烟都会损伤肾和肺[5-8]。为最大限度地避免产品在使用过程中对人体产生危害，2021 年3 月，国家铁路局推出最新环保标准《机车车辆非金属材料及室内空气有害物质限量》(TB/T 3139—2021)，其中地板布作为铺地材料对有害物质可溶性铅、镉、挥发物进行限制。对于可溶性铅、镉的检测要求按照《室内装饰装修材料 聚氯乙烯卷材地板中有害物质限量》(GB 18586—2001)采用石墨炉原子吸收光谱法分析，限值均不超过10 mg/m2。查阅相关文献得知，原子吸收法检出限低，灵敏度高，分析精度好，但不能对多元素同时分析，分析效率低[9-10]；电感耦合等离子体质谱法也可以用于铅、镉的测定[11]，拥有极高的灵敏度和动态范围，分析快速，谱线简单，干扰相对于光谱技术要少，但仪器价格昂贵；电感耦合等离子体发射光谱(ICP-OES)法具有操作简单、快捷，检出限低，线性动态范围宽，可多元素同时分析的优点，是一种快速高效的检测方法，已广泛应用于汽车[12-13]、贵金属[14-15]、土壤[16]等领域，但ICP-OES 法同时检测轨道交通地板布中可溶性铅和可溶性镉的研究尚未见报道。笔者用ICP-OES 法同时测定轨道交通地板布中可溶性铅和可溶性镉含量，确定了合适的分析谱线和仪器最佳工作条件，该法准确度高，稳定性好，满足轨道交通地板布的检测要求。该方法实现了轨道交通地板布中可溶性铅和可溶性镉的同时测定，有利于企业更快捷有效的掌握地板布中铅、镉的溶出情况，对轨道交通地板布的生产和监管有重要的指导意义。

1 实验部分

1.1 主要仪器与试剂

电感耦合等离子体发射光谱仪：Agilent 5110 VDV 型，美国安捷伦科技有限公司。

石墨炉原子吸收光谱仪：AA900Z 型，美国珀金埃尔默有限责任公司。

微波消解仪：TOPEX 型，上海屹尧仪器科技发展有限公司。

Pb、Cd 混合标准储备溶液：质量浓度均为1000 mg/L，编号为GNM-M060276-2013，国家有色金属及电子材料分析测试中心。

盐酸：优级纯，苏州晶瑞化学股份有限公司。硝酸、氢氟酸：均为分析纯，江苏强盛功能化学股份有限公司。

氩气、氩气：纯度均为99.99%(体积分数)，上海熙勤气体有限公司。

实验用水为超纯水。

1.2 仪器工作条件

RF 发射功率：1 200 W；冷却气：氩气，纯度99.99%，流量为12.0 L/min；辅助气：氩气，流量为1.0 L/min；雾化压力：0.22 MPa；垂直观测高度：8 mm；积分时间：5 s；分析谱线分别为铅220.35 nm，镉228.80 nm。

1.3 样品处理

使待测样品处于平展状态，距离边缘至少50 mm 处，沿宽度方向均匀裁取10 mm×100 mm 的长方形试样2 块，将其分别裁为10 mm×10 mm 的试样10 块，分别放入50 mL 三角瓶中，用25 mL 1.0 mol/L 盐酸溶液浸泡24 h 后，将浸泡液过滤到50 mL 容量瓶中并用超纯水定容至50 mL，备测。同时取1 只干净的三角瓶，向其中加入25 mL 1 mol/L盐酸溶液，24 h 后将浸泡液过滤到50 mL 容量瓶中并用超纯水定容至50 mL，得到空白溶液。

1.4 溶液配制

取1 mL 1 000 mg/L 的铅、镉混合标准溶液于100 mL 容量瓶中，用0.5 mol/L 盐酸溶液定容至标线，摇匀，得10 mg/L 铅、镉混合标准储备溶液。

分别移取10 mg/L 铅、镉混合标准储备溶液0、0.20、0.50、1.00、2.00、5.00 mL 于6 只100 mL 容 量瓶中，用超纯水稀释至标线，配制成铅、镉质量浓度均分别为0、0.02、0.05、0.10、0.20、0.50 mg/L 的系列标准工作溶液。

2 结果与讨论

2.1 分析谱线波长选择

采用ICP-OES 法分析时，应选择灵敏度高、背景小、基体干扰小、无自吸现象、对称性和峰形好的谱线。通过查阅相关文献及仪器谱线库提供的各元素推荐波长，对待测元素的谱线进行初选，在谱库中选择各元素的灵敏线、次灵敏线2～3 条，使用1.0 mg/L 标准溶液，根据对特征谱线的干扰及光谱仪具有的同步背景校正功能，确定铅220.35 nm、镉228.80 nm 为最佳分析线。

2.2 仪器工作条件选择

2.2.1 功率的选择

仪器发射功率增大时信号明显增强，但功率越高，能耗越大，造成仪器使用寿命的减短，而功率太低，又影响待测元素的激发，查阅资料和参照设备制造商推荐的方法，溶液样品发射功率一般选用950～1 350 W[14]。保持其它参数不变，功率在800～1 500 W 范围内，以100 W 递增，测定浓度为0.05 mg/L 的混合标准溶液，考察发射功率对各元素光谱强度的影响，结果如图1 所示。由图1 可知，发射功率在800～1 200 W 范围，铅、镉元素的光谱强度随发射功率的增大而增大，发射功率大于1 200 W 时，光谱强度增大的速率越来越小，最后基本不变。综合考虑选择发射功率为1 200 W。

图1 不同发射功率对应的光谱强度

2.2.2 雾化气压力的选择

雾化气压力增大会使待测元素光谱强度增加，由于各待测元素的性质不同，雾化气压力太大导致某些元素的背景值也大幅地上升，从而使得峰值信噪比下降。固定其它参数不变，分别设定雾化气压力 为0.15、0.20、0.22、0.26、0.30 MPa，测 定 浓 度 为0.05 mg/L 的混合标准溶液，考察雾化气压力对光谱强度的影响，结果如图2 所示。由图2 可知，当雾化气压力为0.22 MPa 时，各元素光谱强度最大，故雾化气压力选择0.22 MPa。

图2 不同雾化压力对应的光谱强度

2.2.3 观测高度的选择

保持其它参数不变，改变垂直观测高度，测定浓度为0.05 mg/L 的混合标准溶液，考察垂直观测高度对光谱强度的影响，结果如图3 所示。由图3可知，垂直观测高度越高，各元素光谱强度越低，因此确定观测高度为8 mm。

图3 不同垂直观测高度对应的光谱强度

2.3 线性方程及检出限

按照1.2 仪器工作条件，对1.4 配制的系列铅、镉混合标准工作溶液进行测定，以质量浓度(x)为横坐标，光谱强度(y)为纵坐标绘制标准工作曲线，计算线性方程和相关系数。

依据IUPAC 定义，对空白溶液进行11 次测定，其3 倍标准偏差为方法检出限[15-16]。

铅、镉元素的线性范围、线性回归方程、线性相关系数和检出限见表1。由表1 可知，各元素质量浓度在0～0.5 mg/L 内线性良好，相关系数均为0.999 9，铅检出限为0.005 0 mg/L，镉检出限为0.001 4 mg/L。结果表明该法具有良好的线性关系和高灵敏度，满足轨道交通地板布中有害物质限量的测试要求[17]。

表1 线性范围、线性方程和检出限

2.4 加标回收与精密度试验

称取7 份空白样品，按1.3 方法进行处理，加入0.6 mL 质量浓度均为10 mg/L 的铅、镉储备溶液，铅、镉加标理论浓度均为0.120 mg/L，按1.2 仪器工作条件进行测定，计算7 个样品测定值的相对标准偏差，并计算回收率，测定结果见表2。由表2 可知，铅、镉的加标回收率为95.83%～99.17%，在标准要求的80%～120%范围内。相对标准偏差分别为4.11%、5.02%，均小于10%。结果表明该法精密度好，准确度高，符合分析测试质量管理规定。

表2 加标回收试验结果(n=7)

2.5 比对试验

用 建 立 的ICP-OES 法 与GB 18586—2001《室内装饰装修材料 聚氯乙烯卷材地板中有害物质限量》(GF-AAS)法对照分析4 款不同浓度的地板布样品，以国标方法测定值为真值，计算相对误差(RE)，结果见表3。由表3 可知，本实验方法与国标法测定结果无显著性差异，相对误差(RE)为-5.66%～4.88%，在±10%范围内，表明本方法准确可靠。

表3 对比试验结果

3 结语

采用盐酸溶液提取，在最优仪器条件下，以电感耦合等离子体发射光谱法同时测定轨道交通地板布中可溶性铅、镉含量，该法简单、快速，方法精度高，准确度好。