塑料中重金属的检测方法
【专利摘要】本发明公开了一种塑料中重金属的检测方法，包括以下步骤：S1、将待测塑料放入装有有机溶剂的可密闭容器中，在水浴下超声振荡溶解，得到塑料溶解液；S2、在塑料溶解液中加入稀硝酸，在室温下超声振荡，并过滤、洗涤、定容，将塑料溶解液中的重金属萃取出来，得到含有有机溶剂的待测溶液；S3、采用火焰原子吸收光谱仪对待测溶液中的重金属进行定性定量分析。本发明利用塑料在有机溶剂中有较好的溶解性的特点，使用合适的有机溶剂把塑料溶解，再将其中的重金属萃取出来，形成含有有机溶剂的待测溶液，再采用FAAS对溶解在有机溶剂中的重金属进行定性定量分析，操作过程简单快速、反应条件温和，检测准确，回收率高及稳定性好，适合大批量处理。
【专利说明】塑料中重金属的检测方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种重金属检测方法，尤其涉及一种塑料中重金属的检测方法。
【背景技术】
[0002] 由于塑料具有原料来源广泛、种类繁多、易于加工、加工成本低、性能优异等特点， 塑料已成为各行业不可缺少的一类重要材料。塑料制品被广泛使用在食品包装、建筑建材、 儿童玩具、医疗器材、电子电器等方面。由于塑料广泛被人们使用，因而对塑料中的有毒添 加剂要求相当严格。
[0003] 纵观现在的标准与检测方法，对塑料中铅、镉等重金属元素的测定，一般是以酸为 介质的电热消解或微波消解，然后利用AAS (原子吸收光谱仪）、ICP-0ES (电感耦合等离子 体发射光谱仪）、ICP-MS (电感耦合等离子体质谱仪）等光谱分析仪器进行定性定量分析。 而传统的塑料消解存在以下缺陷：电热消解要求在强酸、高温下（200°C以上）进行；敞开式 消解，有交叉污染的风险；消解时间长。微波消解也要求在强酸、高温（200°C以上）高压下 进行；批量处理能力较弱；处理过程相对复杂。
[0004] 在仪器分析方法中，FAAS对元素分析具有分析速度快，精密度好等特点，一直被广 泛使用。但是目前利用FAAS对有机样品中的重金属元素分析主要应用于油类产品中重金 属元素的测定，在有机溶剂溶解塑料中的重金属元素分析应用，目前暂未发现。
【发明内容】
[0005] 本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种过程简单快 速、反应条件温和，适合大批量处理的塑料中重金属的检测方法。
[0006] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种重金属的检测方法，包括 以下步骤：
[0007] S1、将待测塑料放入装有有机溶剂的可密闭容器中，在水浴下超声振荡溶解，得到 塑料溶解液；
[0008] S2、在所述塑料溶解液中加入稀硝酸，在室温下超声振荡，并过滤、洗涤、定容，将 所述塑料溶解液中的重金属萃取出来，得到含有有机溶剂的待测溶液；
[0009] S3、采用火焰原子吸收光谱仪对所述待测溶液中的重金属进行定性定量分析。
[0010] 在本发明的重金属的检测方法中，在所述步骤S3中，包括以下步骤：
[0011] S3. 1、根据所述待测溶液的基体配制标准溶液的基体溶液，然后配制重金属的标 准有机溶液；
[0012] S3. 2、采用火焰原子吸收光谱仪（FAAS)对所述标准有机溶液进行分析，以获得火 焰原子吸收光谱仪的测定所述待测溶液的步骤及条件；
[0013] S3. 3、设定火焰原子吸收光谱仪的所述测定步骤及条件；
[0014] S3. 4、将所述待测溶液进样，测定；
[0015] S3. 5、测定完毕后，处理谱图，得出塑料中重金属的相关信息和数据。
[0016] 在本发明的重金属的检测方法中，所述待测塑料为PVC、PE、PA、PET、PU、PP或PS 塑料。
[0017] 在本发明的重金属的检测方法中，所述有机溶剂为四氢呋喃、甲酸、冰醋酸、苯酚、 苯酚/四氯乙烷、间甲酚、苯、甲苯或乙醇。
[0018] 在本发明的重金属的检测方法中，所述待测塑料为PE或PVC ;
[0019] 所述步骤S1、将待测塑料粉碎后放入可密封的容器中，加入四氢呋喃，在80-90°C 水浴下超声振荡溶解30-60min，使待测塑料充分溶解，得到塑料溶解液；其中每0. 1-0. 2g 待测塑料加入l〇ml四氢呋喃；
[0020] 所述步骤S2、在所述塑料溶解液中加入10_20ml体积百分比浓度为10-20 %的稀 硝酸，在室温下超声振荡30min，过滤、洗涤、定容，得到含有有机溶剂的待测溶液。
[0021] 在本发明的重金属的检测方法中，所述火焰原子吸收光谱仪中的0型密封圈为耐 有机的〇型密封圈。
[0022] 在本发明的重金属的检测方法中，所述火焰原子吸收光谱仪的条件为：乙炔气流 量为1. 5mL/min ;氧气流量为10mL/L ;铅元素检测波长为217nm ;铅灯电流为10mA ;测铅 时狭缝宽度为〇. 5nm ;镉元素检测波长为228. 8nm ;镉灯电流为4mA ;测镉时狭缝宽度为 0· 5nm〇
[0023] 本发明利用塑料在有机溶剂中有较好的溶解性的特点，使用相应的有机溶剂把塑 料溶解，再将其中的重金属萃取出来，形成含有有机溶剂的待测溶液，再采用FAAS对溶解 在有机溶剂中的重金属进行定性定量分析，操作过程简单快速、反应条件温和，克服了传统 塑料消解方法的反应条件苛刻、处理过程复杂等缺陷，解决易挥发有机溶剂对FAAS测定时 的影响；且检测准确，准确率、回收率高及稳定性好，适合大批量处理。
[0024] 此外，将待测塑料经有机溶剂、稀硝酸等的处理是在可密闭的容器中进行，通过将 容器密闭可避免交叉污染，保证检测准确性。
【专利附图】
【附图说明】
[0025] 下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
[0026] 图1是本发明一实施例的塑料中重金属的检测方法的流程图；
[0027] 图2是Cd标准溶液的标准曲线图；
[0028] 图3是Pb标准溶液的标准曲线图。
【具体实施方式】
[0029] 为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明 本发明的【具体实施方式】。
[0030] 本发明的塑料中重金属的检测方法，适用于各种能够在有机溶剂中溶解的塑料中 重金属的检测，如图1所示，该检测方法包括以下步骤：
[0031] S1、将待测塑料放入装有有机溶剂中，在水浴下超声振荡溶解，得到塑料溶解液。
[0032] 该步骤中，有机溶剂根据待测塑料选择对应的能溶解该塑料的有机溶剂；塑料包 括PVC (聚氯乙烯）、PE (聚乙烯）、PA (聚酰胺）、PET (聚对苯二甲酸乙二醇酯）、PU (聚氨 酯）、PP (聚丙烯）、PS (聚苯乙烯）或其他的聚合物塑料，有机溶剂包括四氢呋喃、甲酸、冰 醋酸、苯酚、苯酚/四氯乙烷、间甲酚、苯、甲苯、乙醇等等。塑料种类很多，根据成分和结构 不同，所能溶解的有机溶剂也不一样。例如，PVC及PE塑料可溶于四氢呋喃中，PE还可溶于 甲酸中，PA可溶于甲酸、冰醋酸、苯酚及甲酚中，PET可溶于苯酚/四氯乙烷、间甲酚中，PU 可溶于甲酸中，PP、PS可溶于苯等芳香烃类有机溶剂中。
[0033] -般的非交联聚合物塑料在有机溶剂中的溶解过程一般比较缓慢，包括两个阶 段：（1)、溶胀：由于聚合物链与溶剂分子大小相差悬殊，溶剂分子向聚合物渗透快，而聚合 物分子向溶剂扩散慢，结果溶剂分子向聚合物分子链间的空隙渗入，使之体积胀大，但整个 分子链还不能做扩散运动。（2)、随着溶剂分子的不断渗入，聚合物分子链间的空隙增大，力口 之渗入的溶剂分子还能使高分子链溶剂化，从而削弱了高分子链间的相互作用，使链段得 以运动，直至脱离其他链段的作用，转入溶解。当高分子链上所有的链段都能扩散运动形成 分子分散的均相体系，溶解过程结束。根据上述这一塑料的溶解规律，本发明在聚合物塑料 溶解过程中，通过适当地提高温度（加热）来加速分子扩散速度和通过超声手段来减少高 分子链断链时间，从而减少整个聚合物塑料溶解过程的时间。
[0034] 提高温度的方法可优选水浴加热来实现，根据不同类型的待测塑料及有机溶剂， 如可采用在的水浴下对加入有待测塑料的有机溶剂进行超声振荡，使待测塑料充分溶解在 有机溶剂中，超声振荡根据待测塑料溶解情况设置，如l-2h。此外，采用水浴的加热方式， 较于其他加热方式，温度最高不超过l〇〇°C，从而可避免过高温度对有机溶剂等造成不良影 响。
[0035] S2、在塑料溶解液中加入稀硝酸并处理，将塑料溶解液中的重金属萃取出来，得到 含有有机溶剂的待测溶液。
[0036] 可以理解地，得到的待测溶液含有有机溶剂，也含有重金属。经步骤S1获得的塑 料溶解液，一般为浑浊（不澄清）的溶液，溶解后的塑料中的重金属如铅、镉等会吸附在溶 液的的沉淀物上，因此需要用稀硝酸将重金属萃取出来，以便于后续对重金属的检测工作。 具体过程如下：在塑料溶解液中加入稀硝酸，室温下超声振荡，然后过滤，并用与上述相同 的稀硝酸洗涤，将滤液定容，得到含有有机溶剂的待测溶液。
[0037] 该步骤SI、S2为待测塑料的前处理步骤，以得到含有有机溶剂的待测溶液。
[0038] 当待测塑料为PE或PVC，步骤S1、将待测塑料粉碎后放入可密封的容器中，力口 入四氢呋喃，在80-90°C水浴下超声振荡溶解30-60min，使待测塑料充分溶解，得到塑料 溶解液；其中每〇. 1-0. 2g待测塑料加入10ml四氢呋喃；步骤S2、在塑料溶解液中加入 10mll0-20% (V/V)的稀硝酸，在室温下超声振荡30min，过滤、洗涤、定容，得到含有有机溶 剂的待测溶液。
[0039] S3、采用火焰原子吸收光谱仪（FAAS)对待测溶液中的重金属进行定性定量分析。
[0040] 该步骤S3可包括：
[0041] S3. 1、根据含有有机溶剂的待测溶液的基体配制标准溶液的基体溶液，然后配制 重金属的标准溶液。其中，待测溶液的基体是根据具体塑料采用的对应有机溶剂及稀硝酸 等。
[0042] S3. 2、采用电感耦合等离子体发射光谱仪对标准溶液进行分析，以获得电感耦合 等离子体发射光谱仪的测定步骤及条件。其中，根据标准溶液中重金属的相关信息和数据 (包括重金属的种类、重量等），调整电感耦合等离子体发射光谱仪的测定步骤及条件，以 使得通过该光谱仪测定的标准溶液获得的结果与标准溶液的已知的相关信息和数据较为 一致，此时即可确定电感耦合等离子体发射光谱仪的待测溶液的测定步骤及条件，用于对 待测溶液的测定。
[0043] S3. 3、设定电感耦合等离子体发射光谱仪的测定步骤及条件；
[0044] S3. 4、将待测溶液进样，测定；
[0045] S3. 5、测定完毕后，处理谱图，得出塑料中重金属的相关信息和数据。
[0046] 由于待测溶液中含有有机溶剂，而有机溶剂的密度和粘度等物理性质与水溶液有 显著差异，且有机溶剂本身具有可燃性和腐蚀性，故有机溶剂的引入对待测溶液分析时的 雾化效率、火焰温度和密封圈类型等条件参数有相对特别的要求。因此，本发明中对采用的 FAAS作以下改进：①、将FAAS中一般的橡胶0型密封圈换成耐有机的0型密封圈，以防止 被有机溶剂所腐蚀；②、由于有机溶剂的密度和粘度等物理性质与水溶液有显著差异，所以 本发明的待测溶液与常规分析的水溶液在经过FAAS分析时的提升量不完全一致，为较少 该差异，要求检测时的标准溶液的基体与待测溶液的基体尽量保持一致；③、由于有机溶剂 具有可燃性，在待测溶液经过FAAS分析时，若按常规水溶液的燃气与助燃气比例来分析， 火焰显得燃烧不完全，最终导致背景过高，影响分析的准确性，因此优选把燃气流量调小， 调至火焰黄色部分刚好消失为最佳状态。④、由于有机溶剂与水溶液的物理性质有差异，导 致两者的雾化效率不一样，一般常规分析使用超纯水进行仪器调零，为保持一致性，优选在 仪器调零时使用标准溶液空白进行调零。
[0047] 以下以检测PVC或PE塑料中Cd、Pb为例对本发明进行详细说明。
[0048] (一）前处理
[0049] 实施例1 :
[0050] 将0. 1-0. 2g待测PVC或PE塑料样品粉碎后放入可密封的容器中，加入10mL四氢 呋喃，在80°C水浴下超声振荡60min，使样品充分溶解。然后往得到的溶液中加入10mL的 20% (V/V)的硝酸，在室温下超声振荡30min。再将上述振荡后的溶液过滤并用20% (V/V) 的硝酸洗涤，最后定容至50mL，制成含有有机溶剂的待测溶液。
[0051] 实施例2:
[0052] 将0. 1-0. 2g待测PVC或PE塑料样品粉碎后放入可密封的容器中，加入10mL四氢 呋喃，在85°C水浴下超声振荡45min，使样品充分溶解。然后往得到的溶液中加入10mL的 15% (V/V)的硝酸，在室温下超声振荡30min。再将上述振荡后的溶液过滤并用15% (V/V) 的硝酸洗涤，最后定容至50mL，制成含有有机溶剂的待测溶液。
[0053] 实施例3 :
[0054] 将0. 1-0. 2g待测PVC或PE塑料样品粉碎后放入可密封的容器中，加入10mL四氢 呋喃，在90°C水浴下超声振荡30min，使样品充分溶解。然后往得到的溶液中加入10mL的 10% (V/V)的硝酸，在室温下超声振荡30min。再将上述振荡后的溶液过滤并用10% (V/V) 的硝酸洗涤，最后定容至50mL，制成含有有机溶剂的待测溶液。
[0055] 比较例1 :
[0056] 将0. 1-0. 2g待测PVC或PE塑料样品粉碎后放入浓硫酸中，用电加热板加热至 200°C以上进行常规湿法消解，在加热过程中不断补充双氧水，直至样品完全消解。
[0057] 比较例2 :
[0058] 采用马弗炉将粉碎后的0. 1-0. 2g待测PVC或PE塑料样品进行高温灰化，将灰化 后的样品用浓硝酸消解。
[0059] 比较例3 :
[0060] 将0· 1-0. 2g待测PVC或PE塑料样品粉碎后放入浓硝酸中，并加入0· 5-lmL的双 氧水，放入微波消解仪中进行微波消解。
[0061] 比较例1-3的处理条件见表1。
[0062] 表 1
[0063]
【权利要求】
1. 一种塑料中重金属的检测方法，其特征在于，包括以下步骤： 51、 将待测塑料放入装有有机溶剂的可密闭容器中，在水浴下超声振荡溶解，得到塑料 溶解液； 52、 在所述塑料溶解液中加入稀硝酸，在室温下超声振荡，并过滤、洗涤、定容，将所述 塑料溶解液中的重金属萃取出来，得到含有有机溶剂的待测溶液； 53、 采用火焰原子吸收光谱仪对所述待测溶液中的重金属进行定性定量分析。
2. 根据权利要求1所述的塑料中重金属的检测方法，其特征在于，在所述步骤S3中，包 括以下步骤： S3. 1、根据所述待测溶液的基体配制标准溶液的基体溶液，然后配制重金属的标准有 机溶液； S3. 2、采用火焰原子吸收光谱仪对所述标准有机溶液进行分析，以获得火焰原子吸收 光谱仪的测定所述待测溶液的步骤及条件； S3. 3、设定火焰原子吸收光谱仪的所述测定步骤及条件； S3. 4、将所述待测溶液进样，测定； S3. 5、测定完毕后，处理谱图，得出塑料中重金属的相关信息和数据。
3. 根据权利要求1所述的塑料中重金属的检测方法，其特征在于，所述待测塑料为 PVC、PE、PA、PET、PU、PP 或 PS 塑料。
4. 根据权利要求1所述的塑料中重金属的检测方法，其特征在于，所述有机溶剂为四 氢呋喃、甲酸、冰醋酸、苯酚、苯酚/四氯乙烷、间甲酚、苯、甲苯或乙醇。
5. 根据权利要求1所述的塑料中重金属的检测方法，其特征在于，所述待测塑料为PE 或 PVC ; 所述步骤S1、将待测塑料粉碎后放入可密封的容器中，加入四氢呋喃，在80-90°C水浴 下超声振荡溶解30-60min，使待测塑料充分溶解，得到塑料溶解液；其中每0. 1-0. 2g待测 塑料加入10ml四氢呋喃； 所述步骤S2、在所述塑料溶解液中加入10-20ml体积百分比浓度为10-20%的稀硝酸， 在室温下超声振荡30min，过滤、洗涤、定容，得到含有有机溶剂的待测溶液。
6. 根据权利要求1-5任一项所述的塑料中重金属的检测方法，其特征在于，所述火焰 原子吸收光谱仪中的〇型密封圈为耐有机的〇型密封圈。
7. 根据权利要求1-5任一项所述的塑料中重金属的检测方法，其特征在于，所述火焰 原子吸收光谱仪的测定条件为：乙炔气流量为1. 5mL/min ;氧气流量为10mL/L ;铅元素检测 波长为217nm ;铅灯电流为10mA ;测铅时狭缝宽度为0· 5nm ;镉元素检测波长为228. 8nm ;镉 灯电流为4mA ;测镉时狭缝宽度为0. 5nm。
【文档编号】G01N21/71GK104122218SQ201410374900
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2014年7月31日 优先权日:2014年7月31日
【发明者】李宣, 麦宝华, 卢瑜, 禹伟腾, 李许, 梁淑雯, 董夫银 申请人:深圳出入境检验检疫局玩具检测技术中心