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利用原子吸收光谱法监测重金属以符合 RoHS 和 WEEE 指令的要求

发布时间:2021-03-04   点击次数:276次

前言 :旧电子电器的数量迅速增加,由此需要对旧设备进行安全处置。欧共体已 经颁布了法规,对材料生产中使用的有毒金属和有机化学品的含量进行限 制。遵守法规将有助于避免在设备回收或负责处置时对后人造成危害。在 电子电气设备制造中,法规要求对这些材料进行测量和限制。 可采用多种分析仪器技术来测定这些有害物质。例如,可通过 AA、ICP-OES 或 ICP-MS测定重金属 Cd、Pb、Hg 和 Cr [1-2]。可通过紫外 - 可见分光光度计 测定六价铬 [3-4],并可通过 GC [5] 和 GC-MS [6-7] 测定 PCB 和 PBDE。另一方面, 也可以利用 XRF 筛查重金属和总溴 [1,8]。本文对用于通过原子吸收光谱法测 定塑料中 Cd、Pb、Hg 和 Cr 的各种样品前处理方法进行了评估。 在编号 40 的瓦里安 ICP-OES 应用简报中,Tran Nahm [9] 报道了使用 ICP-OES 仪 器测定塑料中的重金属。本文报道了使用相同的分析样品前处理过程,通 过原子吸收和塞曼石墨炉对塑料中的 Cd、Cr、Pb 和 Hg 进行测量。

 

仪器:所有石墨炉测量均采用配备 Agilent PSD 120 可编程进样器 的 Agilent 280Z 原子吸收光谱仪进行。 使用配备 VGA 76 氢化物发生附件的 Agilent 280FS AA 在 Duo 模式下运行进行汞蒸气测量,而石墨炉分析采用 Agilent 280Z AA。 利用普通编码空心阴极灯分析汞、镉和铬,并使用 UltrAA 灯分析铅。 利用微波消解炉 (CEM, Mars 5, ESP 1500 Plus, CEM Corporation, Mathews, NC) 进行微波消解。

 

材料和试剂: 试剂 使用的所有化学品和试剂均为分析纯。 • 硝酸,60%,Analar, BDH • 盐酸,32%,Univar, Ajax Finechem • 硫酸,SP Gr. 1.84,Merck • 过氧化氢,35%,Merck • 去离子水,Milli-Q 纯化系统 (Millipore)

校准溶液前处理 所有标样和空白均针对样品前处理中使用的化学品和试 剂进行了基质匹配。 有证标准物质 使用下列有证标准物质对方法进行验证: • 参比物质和测量研究所 (IRMM) ― 欧洲标准物质 ERM-EC 681 聚乙烯 19 [10] • 日本国家计量院 (NMIJ) [11] ― 有证标准物质 CRM 8102a ABS 树脂 10

 

样品前处理 :方法 BS EN 1122:2001 [12] 是塑料中金属测定的唯yi参比方 法,其中提供了有关塑料中 Cd 测定的详细信息。对于塑 料中其他重金属的测定,不存在已发布的标准样品前处 理方法。 方法 EN 1122 中使用的硫酸影响 Pb 的检测,因为可能 形成 PbSO4 沉淀。另一方面,EPA 方法 3050 [13]“沉积 物、污泥和土壤的酸消解”推荐使用 1-2 g 样品(溶解于 10 mL HNO3 中)并加热至 95 °C,不适用于塑料分析。实 验表明 10 mL HNO3 体积过少,且 95 °C 的加热温度不足以 分解塑料材料。 EPA 方法 3053 [14]“硅质及有机类基质的微波辅助酸消解” 推荐采用 HNO3 和 HF 进行微波消解。由于硅质基质的样 品只需使用 HF,因此 EPA 方法 3051A [15] “沉积物、污泥、 土壤和油类的微波辅助酸消解”(仅使用 HNO3 的微波消 解方法)对分析而言足矣。这样可避免产生与 HF 使用相 关的危害。

方法 EN 1122(H2SO4-H2O2 消解) 准确称取 1 g 样品置于 250 mL 烧杯中,加入 10 mL H2SO4, 盖上表面皿,置于加热板上加热至高温,使有机物质发 生分解和碳化。逐渐形成白烟时,继续加热约 15 分钟。 从加热板上取下烧杯,冷却约 10 分钟。缓慢加入四份 5 mL H2O2 溶液。每次添加后,使反应平息。再次加热约 10 分钟,并冷却 5 分钟。加入另一份 5 mL H2O2 溶液,并 再次加热。在没有有机物质残留时,停止添加 H2O2。使 其冷却至室温,并将混合物定量转移至 100 mL 容量瓶中。 用 Milli-Q 水定容至刻度。 HNO3-H2O2 消解 准确称取 1 g 样品置于 250 mL 烧 杯 中, 加 入 25 mL HNO3,盖上表面皿,置于加热板上加热至其全部溶解。 冷却 5 分钟,然后缓慢加入每份 1 mL、共 10 mL H2O2。 必须仔细操作,以确保不会由于过度剧烈沸腾而造成损 失。继续加热混合物,直至体积减小至 5 mL 左右。冷 却后,将混合物转移至 100 mL 容量瓶中,并用 Milli-Q 水 定容至刻度。过滤除去所有有机塑料沉淀物。 EPA 方法 3051A(利用 HNO3 进行微波消解) 准确称取 0.5 g 样品放入碳氟化合物微波容器中,该微 波容器配备可控压力释放装置。向容器中加入 10 mL 浓 HNO3。根据制造商的说明将容器密封。将容器正确放置 于微波系统中。在 175 °C 下消解 10 分钟。冷却后,在通 风橱中小心打开盖子,将每个容器放气。将混合物定量 转移至 50 mL 容量瓶中,并用 Milli-Q 水定容至刻度。过滤 除去所有有机塑料沉淀物。 MARS 5 微波条件 • 容器:HP500 • 模式:梯度升温

结论 :应当注意,在当前法规要求中,这些金属元素在塑料中 的允许高浓度对于普通石墨炉测量法而言过高。经过 消解的样品在测量之前需要经过多次稀释,这可能会造 成显著误差。这表明,如果只需要进行简单的合格 / 不 合格测试,则可以使用火焰原子化方法测量铅、铬和镉。 在汞的测定中,仍然需要使用氢化物发生法。 然而,可用标准物质中的金属浓度对于火焰原子化方法 而言过低,不足以实现准确而精密的测量。因此需要使 用本应用简报所讨论的石墨炉测量法。该方法的限制在 于,样品消解需要一定的技术。结果表明,对聚合物中铅、 铬、镉和汞的测量非常简单,因为分析溶液中这些元素 的浓度远高于仪器检测限。

 

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