RoHS样品微波消解预处理方法

摘要：介绍了微波消解技术在RoHS样品的预处理中的应用，对微波消解制样的主要影响因素进行了探讨，初步建立了优化的样品消解程序，测定结果满意。
关键词：微波消解；RoHS；样品预处理
1引言
目前国内外检测机构和企业大多首先应用X射线荧光光谱仪对原料及产品中Pb、Hg、Cd、总Cr和总Br等元素的含量进行定性筛选，在一定范围内预先甄别出高风险的材料之后，再对高风险材料作进一步的精确测试。在精确测试过程中，第一步就是对样品进行化学预处理。传统方法以浓硝酸和硫酸为试剂，用电热板加热进行湿式消化，具有试剂用量大、耗时长、易造成样品污染和结果偏低等缺陷；而采用马弗炉高温灰化法虽可彻底灰化样品中的有机成分，但常常因高温所导致待测元素(如Pb、Hg、As)挥发，同时高温灰化法具有效率低、精度差等缺点[1]。近几年来，微波消解制样作为一种先进的样品预处理技术已见报道[2-7]。本文应用微波消解制样技术对RoHS样品进行了预处理研究，并协同后续的等离子体发射光谱分析、原子吸收光谱分析和原子荧光光谱分析等分析手段进行了测定。
2实验部分
2.1仪器
切割型研磨仪，德国Retsch公司。
ETHOS微波消解仪，意大利Milestone仪器公司。
Labtech-ED16电加热装置，北京莱伯泰科仪器有限公司。
OPTIMA-5300DV等离子体发射光谱仪，美国Perkin-Elmer公司。
AF-640原子荧光光谱仪，北京瑞利仪器公司。
WFX-120B原子吸收光谱仪，北京瑞利仪器公司。
2.2试剂
所用化学试剂均为分析纯及以上，实验用水为超纯水。
2.3样品制备
2.3.1聚合物材料：用研磨仪等设备将样品切碎成粒径不超过1mm的粉末或颗粒。
2.3.2金属材料：用研磨仪、钳锯等设备和工具将样品处理成粒径不超过2mm的颗粒。
2.3.3电子专用材料：将样品破碎成粒径不超过2mm的粉末或颗粒。
2.3.4其他类别：制备方法同2.3.1。
2.4样品微波消解预处理方法
准确称取试样粉末/颗粒0.1g(精确至0.001g)，将其置于聚四氟乙烯微波消解罐内，加入6～10mL的混酸消解体系，将罐体密闭、组装完毕后，放入微波制样炉中，采用梯度升温模式的消解程序进行微波消解，冷却后将消解罐取出，放在设定为140℃的电加热装置或防腐电热板上驱除过量的酸至1～2mL，然后转移至25mL容量瓶中，以超纯水定容，待测。同时做空白试验。
2.5样品分析
本实验Pb、Hg、Cd、Cr均应用ICP-OES同时测定，仪器工作条件均选用仪器默认的优化参数。此外，Pb、Cd、Cr也可用AAS测定，Hg可用AFS测定。
3结果与讨论
3.1样品用量
实验初期须严格控制样品用量。首先使用少量样品(不超过0.05g)建立消解程序，然后视反应情况适当地增大样品用量。在溶剂体积一定的前提下，增加样品用量可以增大样品中待测物含量，提高分析的准确度，但另一方面会增加基体物质的含量，并且易导致样品消解不完全，增大分析误差。
从安全角度来讲，样品的称样量应在0.2g以内。因此在考虑既能使样品安全、完全溶解又能满足元素测定灵敏度的基础上，我们建议样品用量不超过0.100g。
3.2消解试剂的选择
RoHS样品类型及来源等复杂多样，因此，为了完全破坏复杂的基体，往往需要使用浓HNO3与不同试剂的组合。一般来说，以样品完全溶解，消解液澄清(略显黄色)或含极少量微粒为目视参照，且经实验证实最终确定选用混酸的组成。绝大多数塑料(如PE、PVC、PP、PS)能用HNO3+H2O2+HF体系消解完全，但ABS使用HNO3+H2SO4体系消解效果较好；金属部件可使用王水消解完全；而电子元件消解时，可在HNO3/H2SO4/HF/H2O2/HClO4中进行组合优选。
3.3微波消解参数优化
依据样品种类、混酸组合以及测定方法的差异，应设计和采用不同的微波消解程序。通过对微波消解压力、消解时间、微波功率和处理后的溶样效果、分析测试结果等综合考核，建立了优化的消解条件(见表1）。本文采用梯度升温的程序分别对电源线、印制线路基板、聚丙烯塑料外壳及螺钉进行了分析研究，获得了比较满意的结果。
表1微波消解样品优化程序

3.4其他方法比照与回收试验
由刘崇华等[7]的文献可知，EN1122的湿式消化法虽可准确测定镉，但因铅与浓硫酸产生硫酸铅沉淀而不适用于铅的检测。而干法灰化—酸溶法虽然分解能力较强，但既不环保，也不符合生产企业“简捷、经济”原则。依次取5份经实验测得元素含量的手机外壳和鼠标按键样品，加入定量铅、汞、铬标准溶液，分别按本法处理，进行回收试验，ICP-OES测定的平均回收率在86.9%～104.7%之间。