牛洪亞，薛 嵩，魏 寧

(1.中國平煤神馬集團汝州電化有限公司，河南汝州 467500;2.江蘇省化工設(shè)計院有限公司，江蘇徐州 221000;3.國家煤炭質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心(西安)，陜西西安 710054)

0 引言

碳纖維是一種影響質(zhì)量因素極其復(fù)雜、生產(chǎn)過程非常精細的產(chǎn)品［1］。碳纖維具有軸向強度、模最高，抗疲勞、耐腐蝕、導(dǎo)電導(dǎo)熱性良好等優(yōu)點，但其耐沖擊性較差［2］。所以，一般不單獨使用。常作為增強材料與樹脂、金屬、陶瓷等制成性能復(fù)合材料［3］。例如用碳纖維制造的增強塑料質(zhì)地強而輕、耐高溫、防輻射、耐水、耐腐蝕，是制造空間飛行器、?？哲娖鞑囊约盎つ透g設(shè)備等的優(yōu)良材料。這些優(yōu)秀特性是和碳纖維內(nèi)部的結(jié)構(gòu)和各種微量元素含量密切相關(guān)的。對纖維中微量元素的測定，原有的原子發(fā)射法、分光光度法等消耗大，成本高，用人多，工作效率低，而且結(jié)果準(zhǔn)確性差。

為提高產(chǎn)品質(zhì)量，穩(wěn)定工藝控制，開展堿纖維素中金屬元素分析方法的研究是及其必要的，對指導(dǎo)生產(chǎn)有著十分重要的意義。本文采用了石墨爐原子吸收光譜法，加入基體改進劑，對生活用纖維中的痕量元素進行了分析，該方法簡便快速、結(jié)果準(zhǔn)確、靈敏度高、穩(wěn)定性好。

1 實驗部分

1.1 實驗儀器與試劑

1.1.1 儀器

GTA－120石墨爐，美國 VARIAN公司;PSD120自動進樣器;SpectrAA－240原子吸收分光光度計，美國VARIAN公司;D2氘燈背景校正;Pb空心陰極燈;熱解涂層石墨管;KS－300D型超聲波清洗器，寧波科生儀器廠;Up900型超純水器，Human公司。

1.1.2 試劑

碳纖維，河南煤化集團永煤碳纖維公司;Pb標(biāo)準(zhǔn)溶液，中國計量科學(xué)研究院，濃度為1 000 g/L，逐級稀釋至所需的標(biāo)準(zhǔn)工作溶液50 g/L。稀釋液為1%HNO3(體積比);基體改進劑:5 g/L磷酸二氫銨(分析純)和2 g/L氯化鈀(分析純)。HNO3、過氧化氫為分析純，其他試劑均為優(yōu)級純，水為二級去離子水。所使用的玻璃儀器均用洗滌劑于超聲波清洗儀洗凈，水沖洗干凈晾干，再浸泡于10%HNO3洗液中24 h以上，水沖洗數(shù)遍，晾干，備用。

1.2 實驗方法

1.2.1 儀器工作條件

波長283.3 nm，狹縫0.4 nm，燈電流 7 mA，D2氘燈扣除背景，99.999%高純氬氣為保護氣，氬氣環(huán)境:10 μL;樣品進樣 20 μL，基體改進劑進樣 5 μL，直接加入石墨管，采用自動進樣器一次進樣;測量模式:峰高吸光度定量，標(biāo)準(zhǔn)曲線法計算。石墨爐升溫程序見表1。

表1 石墨爐自動升溫程序

1.2.2 樣品處理

燒杯中取碳纖維樣100 mL，加入硝酸 5～10 mL，過氧化氫2～5 mL，在電熱板上蒸發(fā)至干，取下，加適量去離子水，硝酸0.5 mL使鹽類溶解。稀釋至刻度，搖勻。放入自動進樣器試劑位置，按表1條件進行測定［4－5］。

1.2.3 校正曲線

儀器自動將50 μg/L標(biāo)準(zhǔn)工作溶液用超純水稀釋為 0.0、5.0、10.0、15.0、20.0、25.0、30.0、40.0 μg/L系列鉛標(biāo)，建立標(biāo)準(zhǔn)曲線。線性范圍Pb:0～60 μg/L鉛工作曲線的相關(guān)系數(shù)為0.999 4。

1.2.4 樣品測定

將樣品裝入樣品杯中，儀器分別自動吸入20 μL樣液，5 μL基體改進劑測定，記錄結(jié)果。

2 結(jié)果與討論

2.1 燈電流的影響

實驗證明，選擇合適的空心陰極燈燈電流，可得到較高的靈敏度與穩(wěn)定性。從靈敏度考慮，燈電流宜用小，但燈電流太小，燈放電不穩(wěn)定。從穩(wěn)定性方面考慮，燈電流要大。經(jīng)實驗證明當(dāng)燈電流強度為7 mA時，吸光度值最佳，所以，本實驗選用7 mA。

2.2 灰化溫度和原子化溫度

試驗中，鉛的灰化溫度在1 000～1 100℃，原子化溫度在2 000～2 300℃時，測定的數(shù)據(jù)穩(wěn)定。在保證準(zhǔn)確測定的前提下，選擇高的灰化溫度有利于干擾成分在灰化時揮發(fā)，選較低的原子化溫度有利于延長石墨管的使用壽命。故測鉛選定灰化溫度1 050℃，原子化溫度為2 150℃。

2.3 基體改進劑

碳纖維樣品中的基體成分較為復(fù)雜，尤其是鉀、鈉、鈣、鎂的含量較高，對石墨爐測定重金屬有很大的干擾，直接測定時的鉛回收率僅20% ～30%。所以消除實驗中雜質(zhì)的干擾很關(guān)鍵，本文通過加入基體改進劑消除基體干擾是較好的一種方法。試驗中加入磷酸鹽、鈀鹽作為基體改進劑時，磷酸根可與鉛絡(luò)合為較穩(wěn)定分子，可提高灰化溫度并使信號穩(wěn)定，溫度升至較高時不分解揮發(fā)，從而可以提高灰化時的溫度，使大部分干擾成分在灰化時揮發(fā)。采用鈀鹽作為基體改進劑時，鉛的灰化溫度可由800℃提高1 000℃，鉛很少損失，而氯化鈉基體干擾基本消除，背景吸光度值較小，經(jīng)D2氘燈扣除背景可獲滿意結(jié)果［6］。

2.4 方法檢出限

用1.0 μg/L的鉛標(biāo)準(zhǔn)工作溶液和空白液按實驗方法各測20次，求得檢出限為0.1 μg/L。

2.5 精密度實驗

平行稱取5份碳纖維樣品，按本試驗方法，在所選的工作條件下，測定鉛的含量，結(jié)果見表2。由表2可知，采用石墨爐原子吸收光譜法測定碳纖維中鉛的含量的方法具有良好的精密度。

表2 水樣鉛含量重復(fù)精密度測定

2.6 準(zhǔn)確度實驗

取碳纖維樣品按實驗方法進行回收試驗，回收率計算式:回收率 =［加標(biāo)樣品的含量－樣品理論含量(重復(fù)性中得到的平均含量)］/標(biāo)準(zhǔn)品加入量;結(jié)果見表3，鉛的回收率在94.0% ～102.0%之間，具有良好的準(zhǔn)確度。

表3 鉛的回收率測定

3 結(jié)束語

采用磷酸鹽、鈀鹽作為基體改進劑，用石墨爐原子吸收法將樣品用稀酸溶解后直接進樣測定，省去了通常必須的干灰化過程，避免了待測元素的污染和損失，加快了分析速度，消除了鉀、鈉、鈣、鎂在石墨爐測定鉛過程中的高背景干擾，提高了檢測靈敏度和準(zhǔn)確性，此法可以很好的適用于工業(yè)范圍內(nèi)鉛的測定，對于碳纖維的生產(chǎn)加工具有重大的指導(dǎo)意義。

［1］Harvey D.Modern analytical chemical［M］.First Edition.McGraw Hill:James M.Smith，2000:298－305.

［2］Zhang C X，Zhou G J.Analytical Chemistry［M］.First Edition.New York:Scientific Publishing Company，1999:298－320.

［3］高 艷.原子吸收光譜法測定堿纖維素中金屬元素［J］.廣東化工，2010，37(5):208－209.

［4］馮 利，陳中蘭，曾淼.石墨爐原子吸收法測定美白化妝品中鉛和鎘，分析科學(xué)學(xué)報［J］，2008，24(4):462～463.

［5］國家環(huán)境保護總局《水與廢水監(jiān)測分析方法》編委會［M］.水和廢水監(jiān)測分析方法(第四版)，北京:中國環(huán)境科學(xué)出版社，2002.

［6］Khalili N R，Vyas J D，Eeangkaew W，et al.Synthesis and characterization of activated carbon and bioactive adsorbent produced from paper mill sludge［J］.Separation and Purification Technology，2002，26(2/3):259－304.