干灰化-ICP-OES法測定硅橡膠中18種元素的研究

摘要:該研究建立了一種基于灰化-ICP-OES快速測定硅橡膠中多種元素的方法，優(yōu)化了干灰化法的消解條件，通過ICP-OES測定硅橡膠試樣中18種元素（Al、As、Ba、Be、Bi、Cd、Co、Cr、Cu、Ga、Li、Mg、Ni、Pb、Sn、Sr、Ti、Zn）的含量。研究表明，Al、Ba、Be、Bi、Co、Cr、Cu、Ga、Mg、Ni、Pb、Sr這12種元素在該方法下具有較低的檢出限，加標(biāo)回收率為82%~118%，能滿足硅橡膠中元素分析要求。

硅橡膠是聚硅氧烷類基礎(chǔ)聚合物與疏水性二氧化硅等物質(zhì)在加熱、加壓下硫化形成的有機(jī)硅彈性體，其分子主鏈由硅原子和氧原子交替組成（-Si-O-Si-），側(cè)鏈則是以Si-C鍵連接的各種有機(jī)取代基。硅橡膠具有良好的柔韌性、耐高低溫、耐老化性及耐候能力等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于醫(yī)療、汽車、玩具、食品、航空航天等領(lǐng)域。
在硅橡膠的生產(chǎn)和加工工藝中，往往會(huì)加入一些無機(jī)物助劑以提高硅橡膠的各種性能[6-7]，而硅橡膠廢棄物中的某些元素會(huì)對環(huán)境造成巨大污染，與人的生命安全和生態(tài)環(huán)境保護(hù)息息相關(guān)。目前，對于硅橡膠中元素檢測的相關(guān)研究和標(biāo)準(zhǔn)較少，因此，有必要建立一種方法用于分析硅橡膠中的元素含量。
本文采用干灰化法消解硅橡膠試樣，篩選了適合的干灰化條件，通過電感耦合等離子體發(fā)射光譜（ICP-OES）同時(shí)測定了硅橡膠中18種元素Al、As、Ba、Be、Bi、Cd、Co、Cr、Cu、Ga、Li、Mg、Ni、Pb、Sn、Sr、Ti、Zn的含量，并分析了干灰化-ICP-OES法對于測定硅橡膠中這18種元素的適用情況。

1.實(shí)驗(yàn)部分
1.1主要儀器和主要試劑
主要儀器：電子天平；箱式電阻爐；電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀；50mL陶瓷坩堝。
主要試劑：硝酸（AR，西隴化學(xué)股份有限公司）；Al、As、Ba、Be、Bi、Cd、Co、Cr、Cu、Ga、Li、Mg、Ni、Pb、Sn、Sr、Ti、Zn多元素標(biāo)準(zhǔn)溶液（100μg/mL，國家有色金屬及電子材料分析測試中心）；三級水。
1.2樣品前處理
稱1g（精確至0.0001g）剪碎的硅橡膠試樣于50mL陶瓷坩堝中，放置在200℃馬弗爐中加熱至無煙產(chǎn)生，將馬弗爐升溫，分別在400℃、500℃和600℃下灰化3、4、5、6h�；一�結(jié)束后，冷卻，隨后加入少量去離子水潤濕樣品，再加入5~7mL硝酸，將坩堝置于電熱板上加熱使溶液保持微沸，待液體剩余1~2mL時(shí)，取下坩堝，冷卻至室溫，過濾并定容于50mL容量瓶中。同時(shí)做空白以及加標(biāo)試驗(yàn)。
1.3標(biāo)準(zhǔn)曲線的配制
準(zhǔn)確移取0、100、200、400、500、1000、2000μL的100μg/mL多元素標(biāo)準(zhǔn)溶液，分別置于七個(gè)50mL容量瓶中，用2%硝酸溶液稀釋至刻度，混勻，得到0、0.2、0.4、0.8、1.0、2.0、4.0μg/mL的標(biāo)準(zhǔn)曲線溶液。
1.4ICP-OES工作參數(shù)
RF發(fā)生器功率為130W，冷卻氣流量為12L/min，輔助氣流量為0.2L/min，霧化器流量為0.65L/min，樣品流速為1.50mL/min，觀測方向?yàn)檩S向，分析譜線見表1。
2.結(jié)果與討論
2.1灰化條件的選擇
干灰化法的消解效果根據(jù)樣品被消解后有無明顯黑色殘?jiān)鼇砼袛�，無黑色殘?jiān)鼊t樣品灰化完全。由表2可知，硅橡膠試樣在400℃下難以灰化完全，在500℃下灰化6h以上和在600℃下灰化5h以上能灰化完全。為了減少鉛、銅、鎘等元素在高溫下?lián)]發(fā)的損失，后續(xù)實(shí)驗(yàn)采用500℃下保持6h進(jìn)行灰化。
2.2標(biāo)準(zhǔn)工作曲線和檢出限
以多元素標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度相對于各元素的特征譜線強(qiáng)度進(jìn)行線性擬合，得到18種元素的標(biāo)準(zhǔn)工作曲線。由表3看出，各元素的標(biāo)準(zhǔn)工作曲線線性回歸方程的相關(guān)系數(shù)均大于0.996，表明線性關(guān)系良好。此外，本實(shí)驗(yàn)通過重復(fù)測定空白溶液15次，以3倍空白溶液的標(biāo)準(zhǔn)偏差計(jì)算各自的檢出限，結(jié)果見表4。

2.3加標(biāo)回收率
為了進(jìn)一步探究本方法在硅橡膠中的適用性，我們通過干灰化-ICP-OES法測定了兩個(gè)硅橡膠試樣的18種元素含量（見表5）。由于干灰化法易造成揮發(fā)性元素?fù)p失，坩堝也可能吸附某些元素，為了評估18種元素在本方法下的準(zhǔn)確度，我們做了加標(biāo)回收率試驗(yàn)（加標(biāo)量1000μL100μg/mL的多元素標(biāo)準(zhǔn)溶液）。如表5所示，Al、Ba、Be、Bi、Co、Cr、Cu、Ga、Mg、Ni、Pb、Sr的加標(biāo)回收率在82%~118%之間，說明本方法對硅橡膠的這12種元素的檢測具有較高的準(zhǔn)確度。而對于硅橡膠中的As、Cd、Li、Sn、Ti、Zn含量檢測，其加標(biāo)回收率較差，因此不適用通過本方法進(jìn)行檢測。
3.結(jié)論
（1）本文建立了一種基于干灰化-ICP-OES的硅橡膠多元素檢測方法：將剪碎的硅橡膠試樣置于200℃的馬弗爐加熱至無煙產(chǎn)生，升溫至500℃保持6h至灰化完全，通過ICP-OES測定了2個(gè)硅橡膠試樣中18種元素含量。
（2）該方法各元素線性關(guān)系良好，檢出限低，能滿足硅橡膠中元素分析要求。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，該方法適用于硅橡膠中Al、Ba、Be、Bi、Co、Cr、Cu、Ga、Mg、Ni、Pb、Sr元素的檢測，加標(biāo)回收率在82%~118%之間，具有較高的準(zhǔn)確度。對于易揮發(fā)性元素或易被坩堝吸附的元素如As、Cd、Li、Sn、Ti、Zn，本方法不適用。
（3）該研究對硅橡膠制品后續(xù)的安全評價(jià)和相關(guān)法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)的建立提供科學(xué)依據(jù)，具有一定的理論和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
文章來源：倫偉燦,梁楸怡,羅宇欣.干灰化-ICP-OES法測定硅橡膠中18種元素的研究[J].合成材料老化與應(yīng)用,2025,54(06):31-32+3.DOI:10.16584/j.cnki.issn1671-5381.2025.06.013.