固体样品直接进样—石墨炉原子吸收光谱法测定纺织品中重金属元素的探讨

2016-06-13黄昊来郭运清李春霞岑良荧

中国纤检 2016年5期

黄昊来　郭运清　李春霞　岑良荧

摘要：现有常规检测纺织品重金属含量方法的前处理部分普遍存在效率低、重复性差和危险性等问题。综述了固体样品直接进样-石墨炉原子吸收光谱法在国内其他领域的成功应用，提出了固体样品直接进样-石墨炉原子吸收光谱法在纺织品领域应用需要解决的关键问题以及该方法的应用前景。

关键词：固体样品直接进样；石墨炉原子吸收法；纺织品；重金属元素

大多数微量重金属元素与人体生命过程有着密切关系，虽然在体内的含量非常微小，但生理功能独特，能够调节机体内的生物酶活性，促进宏量元素在体内的运输，参与激素的合成等，在新陈代谢中起着十分重要的作用。然而，过量的重金属大多数会抑制生物酶的活性，破坏正常的生物化学反应。重金属通过接触、口食等方式进入体内，产生遗传毒性、生殖毒性等，极大地影响人类的健康和发展[1-3]。重金属的危害日益被人们所重视，目前国际上对纺织品中重金属含量有明确限制的法规、标准也在日渐增多，如欧盟REACH法规中对铅（Pb）、镉（Cd）、汞（Hg）、镍（Ni）、砷（As）、钴（Co）、铬（Cr）总量有明确的限量要求；《华盛顿儿童安全保护法案CSPA》CHCC清单中列出了对镉、汞、钼、砷、钴、锑及其化合物的总量的限量要求； Oeko-Tex 100《生态纺织品技术要求》的生态指标对Sb、As、Pb、Cd等总量也有明确要求。国内GB 30585、GB 31701和GB 28480对纺织品中重金属含量有明确的限量值。

目前，研究人员广泛采用原子吸收光谱法[4]、电感耦合等离子体原子发射光谱法[5]、原子荧光光谱法[6]等方法应用于纺织品中重金属的测定。其中原子吸收光谱法具有选择性好、分析速度快、应用范围广、运行成本低等优点，常作为微量及痕量金属元素分析的首选方法。然而，现今国内外针对纺织品中重金属含量的测定主要采用电热板湿法消解或微波消解然后再上机的检测方法。该前处理方法存在以下几点不足：

（1）部分样品难以完全消解、微量元素测定结果误差大、易造成交叉污染。

（2）操作时间冗长，前处理消耗时间就多达2～3小时。

（3）消解必须用强酸，常规样品用硝酸或王水，部分难消解样品必须用高氯酸、氢氟酸等，不仅增加安全隐患，同时也给环境带来不小的压力。

重金属作为生态纺织品的关键考核指标之一，日益受到人们的高度重视。由于常规测定方法存在前处理操作繁杂，部分样品难以完全消解导致测定结果准确性较差以及容易导致交叉污染等不足。固体样品直接进样石墨炉-原子吸收测定的检测方法为解决上述难题提供了可靠的途径。固体进样完全替代前处理，可将影响测定结果准确性的不确定因素降至最低，不仅节省了大量前处理时间，提高了效率，同时也避免了大量高腐蚀性无机酸的使用，迎合当前节能环保检测的大趋势。

1 固体样品用石墨炉技术直接测定

固体样品可用石墨炉技术直接进样测定，因为样品可以在石墨管中就地加热分解，无需对样品进行消解，无记忆效应，无样品的交叉污染，不改变原始样品的性状；分析过程简单，大大节省了分析时间，节约了分析成本；取样量少，灵敏度高，有着极好的检出限。因此，固体直接进样测定方法研究越来越多。

黄英等[7]采用固体直接进样-石墨炉原子吸收分析技术直接分析茶叶中的重金属，具有取样量小、无需消解、分析时间短、无样品交叉污染、无记忆效应的特点。同时，该方法分析过程简单，无需改变原始样品性状，节约分析成本。与传统的悬浮液进样法相比不存在稀释和悬浮液杂质污染的问题。该法特别适合痕量分析和易挥发元素、易被吸附元素的分析，为微量样品、难消解样品、易污染样品的检测提供有效的解决方案。

徐鹏等[8]采用固体直接进样-石墨炉原子吸收光谱法，考察了基体改进剂、原子化温度和灰化温度等因素对分析过程的影响，建立土壤样品中As、Cd、Zn、Sn、Hg、Pb、Cr、Cu和Mn的快速测定方法。

杨英桂[9]和张荣研究小组[10]解决了固体直接进样缺乏相应系列的标准固体样品来做工作曲线的问题。采用标准溶液来做标准曲线，将一定体积的标准溶液加入石墨舟后放入石墨管，经干燥、灰化、原子化后测定。直接分析沙棘维生素P 粉中的铅、铜元素。

杨霞等[11]为保证胆固醇在使用过程中的安全可控利用固体样品直接进样-石墨炉原子吸收光谱法，不但有效解决了胆固醇作为环戊烷多氢菲的衍生物难以被消解的情况，而且防止了消解胆固醇后产生絮状物与镍离子产生共沉淀现象的发生。

孙传甫等[12]通过添加合适的改进剂和筛选改进剂，解决As元素在石墨炉原子化前各阶段存在的挥发损失问题，进而提高As含量测定结果的准确度。所使用的固体样品直接进样-石墨炉原子吸收光谱法与现有的原油及重油样品As含量分析方法相比，不但不需要进行样品预处理，而且可以直接进行检测，分析速度快、灵敏度较高、线性范围较宽，可以更好地解决原油及重油样品中As含量的分析难题。

固体样品直接进样-石墨炉原子吸收光谱法在食品、土壤、生物样品、原油研究方面应用越来越多，但是在纺织品检测中的应用尚未见报道。为了弥补常规方法在测定纺织品中重金属含量存在的不足，开拓固体样品直接进样-石墨炉原子吸收光谱法测定纺织品中重金属元素的检测方法是非常有意义的。

2 方法开拓的关键问题

测定中取样量、基体改进剂的选择、如何避免不同材质造成的基底影响差异过大以及测定条件的最优化是有待解决的关键问题。

2.1 取样量的研究

固体样品直接进样方式的技术关键之一是合适的取样量，固体样品直接进样器随机配置的称样天平精度为百万分之一，称样范围从0.1mg～30mg，由于称样量关系测定的检出限和测定的线性范围，因此如何在确保检出限的情况下尽量扩大测定的线性范围是一个突破难点。

2.2 基体改进剂选择的研究

基体改进剂为了增加待测样品基体的挥发性，或提高待测易挥发元素的稳定性，从而提高待测元素的灰化温度而消除或减小基体干扰。因此，基体改进剂是影响检出限、测定准确性的重要因素，根据不同的样品选择合适的基体改进剂种类和用量是另一个重要研究内容。

2.3 测定参数优化也是影响检测的关键

固体进样+原子吸收测定模式的测试仪器是石墨炉原子吸收光谱仪，不同的原子化参数（灰化温度、原子化温度、升温程序等）会影响检测的灵敏度，通过正交方案选择最优化的测定参数也是主要研究内容之一。

3 结语

固体样品直接进样-石墨炉原子吸收光谱法测定纺织品中重金属元素的应用前景如下：

1）常规测定重金属总量的方法是通过加酸和双氧水对样品进行消解然后用AAS、ICP-OES、ICP-MS等测定来实现的。但由于部分样品难以消解或者目标元素含量较低导致测定结果准确性不高，且易于造成交叉污染，给重金属的痕量分析甚至微量分析带来了难题。该检测方法采用直接固体样品分析，为微量、难消解、易污染样品的检测提供了有效的解决方案。

2）常规检测方法的样品前处理操作繁琐冗长，耗费时间大约为2～3小时，测试周期长，分析成本高，难以满足日益增长的检测需求。该检测方法不但免除前处理，仅需3～5分钟就可完成一个样品的测定。将纺织品重金属检测分析过程简单化，有效地节省分析时间和成本，达到批量快速检测的目的。

3）前处理消解程序所用溶剂一般为混合酸、硝酸、氢氟酸、高氯酸、浓硫酸、王水等强腐蚀性无机浓酸，测试过程不仅增加了操作人员的危险系数，同时也在一定程度上造成环境的污染。该方法除了提高测定准确性所需的少量机体改进剂，无需用到任何化学溶剂，实现重金属元素的简便、快速、绿色检测。

固体样品直接进样-石墨炉原子吸收光谱法能够解决现有常规检测纺织品重金属含量方法的前处理部分普遍存在效率低、重复性差和危险性等问题。但是，固体样品直接进样-石墨炉原子吸收光谱法在纺织品领域应用全面推广，仍需要对取样量、基体改进剂选择和测定参数优化三个技术难点进行突破。

参考文献：

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[7] 黄英，吴清平，张菊梅. 直接固体进样-石墨炉原子吸收法测定茶叶中铅含量[J].现代仪器，2011（2）：25-27.

[8] 徐鹏，王青柏，姜雅红. 固体进样-石墨炉原子吸收光谱法测定土壤中重金属[J].分析实验室，2015，34（5）：554-557.