RoHS樣品微波消解預處理方法

摘要：介紹了微波消解技術在RoHS樣品的預處理中的應用，對微波消解制樣的主要影響因素進行了探討，初步建立了優化的樣品消解程序，測定結果滿意。
關鍵詞：微波消解；RoHS；樣品預處理
1引言
目前國內外檢測機構和企業大多首先應用X射線熒光光譜儀對原料及產品中Pb、Hg、Cd、總Cr和總Br等元素的含量進行定性篩選，在一定范圍內預先甄別出高風險的材料之后，再對高風險材料作進一步的精確測試。在精確測試過程中，第一步就是對樣品進行化學預處理。傳統方法以濃硝酸和硫酸為試劑，用電熱板加熱進行濕式消化，具有試劑用量大、耗時長、易造成樣品污染和結果偏低等缺陷；而采用馬弗爐高溫灰化法雖可徹底灰化樣品中的有機成分，但常常因高溫所導致待測元素(如Pb、Hg、As)揮發，同時高溫灰化法具有效率低、精度差等缺點[1]。近幾年來，微波消解制樣作為一種先進的樣品預處理技術已見報道[2-7]。本文應用微波消解制樣技術對RoHS樣品進行了預處理研究，并協同后續的等離子體發射光譜分析、原子吸收光譜分析和原子熒光光譜分析等分析手段進行了測定。
2實驗部分
2.1儀器
切割型研磨儀，德國Retsch公司。
ETHOS微波消解儀，意大利Milestone儀器公司。
Labtech-ED16電加熱裝置，北京萊伯泰科儀器有限公司。
OPTIMA-5300DV等離子體發射光譜儀，美國Perkin-Elmer公司。
AF-640原子熒光光譜儀，北京瑞利儀器公司。
WFX-120B原子吸收光譜儀，北京瑞利儀器公司。
2.2試劑
所用化學試劑均為分析純及以上，實驗用水為超純水。
2.3樣品制備
2.3.1聚合物材料：用研磨儀等設備將樣品切碎成粒徑不超過1mm的粉末或顆粒。
2.3.2金屬材料：用研磨儀、鉗鋸等設備和工具將樣品處理成粒徑不超過2mm的顆粒。
2.3.3電子專用材料：將樣品破碎成粒徑不超過2mm的粉末或顆粒。
2.3.4其他類別：制備方法同2.3.1。
2.4樣品微波消解預處理方法
準確稱取試樣粉末/顆粒0.1g(精確至0.001g)，將其置于聚四氟乙烯微波消解罐內，加入6～10mL的混酸消解體系，將罐體密閉、組裝完畢后，放入微波制樣爐中，采用梯度升溫模式的消解程序進行微波消解，冷卻后將消解罐取出，放在設定為140℃的電加熱裝置或防腐電熱板上驅除過量的酸至1～2mL，然后轉移至25mL容量瓶中，以超純水定容，待測。同時做空白試驗。
2.5樣品分析
本實驗Pb、Hg、Cd、Cr均應用ICP-OES同時測定，儀器工作條件均選用儀器默認的優化參數。此外，Pb、Cd、Cr也可用AAS測定，Hg可用AFS測定。
3結果與討論
3.1樣品用量
實驗初期須嚴格控制樣品用量。首先使用少量樣品(不超過0.05g)建立消解程序，然后視反應情況適當地增大樣品用量。在溶劑體積一定的前提下，增加樣品用量可以增大樣品中待測物含量，提高分析的準確度，但另一方面會增加基體物質的含量，并且易導致樣品消解不完全，增大分析誤差。
從安全角度來講，樣品的稱樣量應在0.2g以內。因此在考慮既能使樣品安全、完全溶解又能滿足元素測定靈敏度的基礎上，我們建議樣品用量不超過0.100g。
3.2消解試劑的選擇
RoHS樣品類型及來源等復雜多樣，因此，為了完全破壞復雜的基體，往往需要使用濃HNO3與不同試劑的組合。一般來說，以樣品完全溶解，消解液澄清(略顯黃色)或含極少量微粒為目視參照，且經實驗證實最終確定選用混酸的組成。絕大多數塑料(如PE、PVC、PP、PS)能用HNO3+H2O2+HF體系消解完全，但ABS使用HNO3+H2SO4體系消解效果較好；金屬部件可使用王水消解完全；而電子元件消解時，可在HNO3/H2SO4/HF/H2O2/HClO4中進行組合優選。
3.3微波消解參數優化
依據樣品種類、混酸組合以及測定方法的差異，應設計和采用不同的微波消解程序。通過對微波消解壓力、消解時間、微波功率和處理后的溶樣效果、分析測試結果等綜合考核，建立了優化的消解條件(見表1）。本文采用梯度升溫的程序分別對電源線、印制線路基板、聚丙烯塑料外殼及螺釘進行了分析研究，獲得了比較滿意的結果。
表1微波消解樣品優化程序

3.4其他方法比照與回收試驗
由劉崇華等[7]的文獻可知，EN1122的濕式消化法雖可準確測定鎘，但因鉛與濃硫酸產生硫酸鉛沉淀而不適用于鉛的檢測。而干法灰化—酸溶法雖然分解能力較強，但既不環保，也不符合生產企業“簡捷、經濟”原則。依次取5份經實驗測得元素含量的手機外殼和鼠標按鍵樣品，加入定量鉛、汞、鉻標準溶液，分別按本法處理，進行回收試驗，ICP-OES測定的平均回收率在86.9%～104.7%之間。

4結束語
微波消解樣品預處理技術不僅制備樣品速度快、操作簡單，而且易揮發性成分的損失很少，同時還具有準確、污染小、成本低等優點，應用在RoHS樣品的預處理中，結果令人滿意。
參考文獻
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