应用方案 | 火焰原子吸收法测定云母钛珠光颜料中6种重金属元素

2020-01-11 11:36:26 北京海光仪器有限公司

摘要：本文采用硝酸/氢氟酸/盐酸混合酸消解，火焰原子吸收法测定云母钛珠光颜料中的Pb、Cd、Co、Cr、Cu、Ni 6种重金属元素的含量。各元素校正曲线的线性关系良好，相关系数在0.9991~0.9996之间，检出限在0.0018~0.0510 mg/L之间。平行测定7次，各元素的RSD均不大于1.21%。各元素在添加水平为0.5μg/mL时的回收率为88.9~107.6%之间。该方法获得了令人满意的测量效果，对云母钛珠光颜料中重金属含量的测定提供了可靠的分析方法。

关键词：云母钛珠光颜料、火焰原子吸收法、重金属

前言

云母钛珠光颜料具有优良的化学稳定性和特殊的光学效应，可以产生由银白色向金、红、紫、蓝、绿变化的干涉色，且对人体无害，在搪瓷、陶瓷、油墨、涂料、化妆品、塑料、皮革、印染、汽车工业等行业具有其他颜料不可替代的作用。天然云母因资源丰富、制造成本低而被广泛应用于制备云母钛珠光颜料的基材，这类颜料以云母为基材，再以特殊工艺包覆二氧化钛或其他金属氧化物而成。目前国内外主要采用液相沉积法来制备，制备过程中会使用到云母基材以及钛盐、铁盐等各种化学试剂，均是是重金属的来源。我国对云母钛珠光颜料的监控指标也很少，仅有两个内容均相对简单的标准。建材行业标准JC 467-1992(1996)合成云母珠光颜料中对铅、砷、汞有限量要求，分别为20、10和1mg/kg；而化工行业标准HG/T 3744-2004云母珠光颜料，并未对其重金属含量做出限量要求。因此，建立合理的检验这类物质中重金属的分析检测方法是非常必要的。

原子吸收法具有灵敏度高、选择性好等特点，已广泛应用于各种行业的重金属检测中。本文应用火焰原子吸收法，选取了云母钛珠光颜料，对其中的Cd、Cr、Co、Ni、Pb、Cu 共6种重金属元素进行了分析测定。

2实验部分

2.1主要仪器和试剂

GGX-830原子吸收分光光度计，北京海光仪器有限公司；

原子吸收用空心阴极灯（Pb、Cd、Cr、Co、Ni、Cu），北京有色金属研究总院；

可调恒温电热板；

高纯水机；

分析天平；

硝酸(优级纯)、盐酸(优级纯)、氢氟酸(优级纯)；

Pb、Cd、Cr、Co、Ni、Cu的标准溶液（含量均为1000μg/mL），国家标准物质研究中心；

6种元素标准系列的配制方法相同，以铅元素为例说明配制方法。取1000μg/mL的铅标液稀释成100μg/mL的标准工作液，分别吸取0mL，0.5mL，1.0mL，2.0mL，3mL，标准工作液，置于100mL容量瓶中，加入0.5mL硝酸，用去离子水定容并摇匀，配制成0，0.5，1.0，2.0，3.0 μg/mL的系列标准溶液。

2.2样品前处理

云母钛珠光颜料的前处理过程为：准确称取1.000g样品置于聚四氟乙烯烧杯中，依次加入10mL硝酸、5mL氢氟酸和2mL盐酸，放置在加热板上120℃消解30min，然后升温至150℃保持2h，视消解情况可再补加2~3mL硝酸，直至溶液澄清透明，最后将温度升至180℃赶酸至烧杯内溶液剩余约1mL，将烧杯取下。待冷却后转移至50mL容量瓶中，烧杯用少量的水清洗两次并将清洗液转入容量瓶中，用去离子水定容后摇匀，同时做试剂空白。

2.3仪器测定条件

各个元素测量的仪器条件见表1。

表1 各元素测试条件

2.4结果与讨论

2.4.1消解液的选择及用量

用来做云母珠光颜料的基材的有天然云母和合成云母，主要成分是二氧化硅（含量约为49%）和氧化铝（含量约为30%）。使用氢氟酸进行消解时，其可以与云母珠光颜料中的硅元素反应产生容易挥发的四氟化硅，从而将Si从测定基体中分离出去，以消除其可能对各元素测定时的干扰。另外，实验表明不使用氢氟酸时，消解液中有白灰色沉淀物存在。而氢氟酸可以使样品消解的更完全，使待测元素彻底被释放出来，消解液是澄清透明的，以使测定结果更加准确可靠。因此，前处理时在使用硝酸和盐酸消解的同时使用了5mL氢氟酸。实验中也发现仅使用硝酸和氢氟酸也不能将样品消解完全，在体系中加入2mL盐酸进行消解可以得到澄清透明的消解液，而且平行样和加标回收率的测定均很好。因此，实验选用了10mL硝酸、5mL氢氟酸和2mL盐酸的消解体系，并且，这样可以使一次消解的制备液同时满足6种元素的测定。

2.4.2仪器工作条件的选择

原子吸收光谱分析中，不同的测量条件对测定结果的准确度和灵敏度影响很大。表1给出了各元素的测定的最佳工作条件，该测量条件可以有效地消除干扰，获得最好的测量结果和灵敏度。对于测量条件的选择原则如下。

吸收波长：选用各元素的共振线作为分析线，以获得较高的灵敏度；

灯电流：通过试验测定吸光度随空心阴极灯灯电流的变化，在保证读数稳定时，选用了各元素最低的工作电流作为最佳的灯电流；

狭缝宽度：获得较高的信噪比和较好的读数稳定性，选取了不引起各元素吸光度减少的最大狭缝宽度作为最佳狭缝宽度；

2.4.3火焰条件

包括燃烧器高度和燃气助燃气比例。使用某一浓度的各元素标准溶液喷雾，再缓缓上下移动燃烧器直到吸光度达最大，以此位置即为各元素最佳燃烧器高度。固定燃气流量为7L/min，调节助燃气流量，选取吸光度值最大且读数稳定的助燃流量。线性方程、检出限和精密度。

按照仪器的工作条件对各标准系列进行测试，绘制浓度-吸光度标准曲线，见表2。平行测定11次空白的标准偏差，以3倍空白溶液的标准偏差除以标准曲线的斜率，得到的各元素测定的检出限。使用某浓度的标准溶液平行测定7次，根据测定值计算出各元素测定的精密度指标，从表2可知，各元素的RSD均低于1.21%。

表2 线性方程、检出限和精密度

2.4.4样品测定结果及加标回收率

对于待测的云母钛珠光颜料样品，处理3个平行样，将测定结果取平均，即为样品中该元素的本底含量。同时，对样品中待测元素进行加标回收实验，在样品消解前向消解瓶中添加各元素的标准溶液，定容后各元素的添加浓度即为加标值。表3给出了样品的测定结果和回收率，各个元素的回收率范围为88.9%~107.6%，可见测定结果的回收率指标良好。

表3 样品测定结果及加标回收率

结论

建立了云母钛珠光颜料中Pb、Cd、Co、Cr、Cu、Ni共6种重金属元素测定的火焰原子吸收法。使用硝酸/盐酸/氢氟酸混合酸消解的前处理方法。对也对精密度、回收率等方法评价指标进行了考察，结果表明该方法获得了较好的测量效果。这对对云母钛珠光颜料中的重金属提供了较好的测定方法，对其生产质量评级和质量监管提供了有效的分析方法。