引用本文
刘伟兵, 陈晓华. 玻璃中痕量金属元素检测方法研究[J]. 刑事技术,2012,37(4): 13-16
LIU Wei-bing, CHEN Xiao-hua. Elemental analysis of glass by ICP-AES[J].
Forensic Science and Technology ,2012,37(4): 13-16
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《刑事技术》编辑部
玻璃中痕量金属元素检测方法研究
刘伟兵
1 , 陈晓华
2
作者简介:刘伟兵(1964—),男,吉林长春人,硕士,副教授,从事刑事理化检验和毒物毒品分析教学与科研工作。Tel:010-89768245;E-mail:liuweibing10@hotmail.com
摘要
目的 建立玻璃中金属元素的快速检测方法。方法 采用高温消解法对样品进行预处理,用电感耦合等离子体发射光谱仪同时对多种金属元素进行检测,同时对方法的精密度和准确度进行了测定。结果 采用氢氟酸对样品进行预处理,各元素同时测定的发射光谱图相互无干扰。在所设定的条件下,各种元素的回收率均>75%,相对标准偏差均<10%。结论 玻璃中金属元素可以通过高温消解进行预处理,应用电感耦合等离子体发射光谱仪同时进行检测。
关键词 :
玻璃 ; 金属元素 ; 检测方法 ; 电感耦合等离子体发射光谱仪
中图分类号:DF794.3
文献标志码:A
文章编号:1008-3650(2012)04-0013-04
Elemental analysis of glass by ICP-AES
LIU Wei-bing
, CHEN Xiao-hua
Beijing Police College, Beijing 102202, China
Abstract
Objective To establish a method for analysis of trace elements in glass.Methods glass samples were digested with HF and were analyzed by inductively coupled plasma-atomic emission spectrometry (ICP-AES).Results 23 elements were detected in four types of glass samples.Conclusion The method can be used for trace element determination of glass.
Keyword :
glasses ; inductively coupled plasma-atomic emission spectrometry
由于玻璃生产原料和生产流程的原因, 除主要成分外, 往往含有多种常量元素和部分微量元素。随着检测技术的提高, 建立一种快速、准确、能同时对多种金属元素进行检测的电感耦合等离子体发射光谱方法, 可以确定玻璃的种类和生产批次, 进而为判断玻璃来源、串并案、认定肇事车辆和犯罪嫌疑人提供技术保障, 为法庭提供科学证据。
1 实验部分 1.1 试 剂 由国家标准物质中心生产的砷、镉、钴、铬、铜、镍、铅、硒、锡、铊、铍、钾、钙、钠、镁、锌、铁、铜、钼、钡、铝、钴、铅、铬、镉、镍、锰、锑、铋、矾、锂等单元素标准溶液; 浓硝酸、氢氟酸均为优级纯; 超纯水。
1.2 仪 器 PE3000型电感耦合等离子体发射光谱仪; 铂金坩埚; 玛瑙研钵。
1.3 标准溶液配制 采用逐级稀释的方法, 用1%硝酸溶液将单元素标准溶液配制成浓度范围为0.01、0.05、0.10、1.00、10.0、100mg/L的系列混合标准溶液。
1.4 样品来源 玻璃原料、家庭玻璃、玻璃瓶、汽车挡风玻璃样品。
1.5 样品预处理 4种玻璃分别经清洗、烘干、打碎、研磨, 取等量充分混合后置于恒温干燥箱105℃~110℃烘干不少于1小时, 在干燥器中冷却至室温后, 称取约0.1g试样, 置于铂金坩埚中, 用少许水润湿, 加入1mL硝酸, 5mL氢氟酸, 在电炉上约200℃加热约5小时, 蒸发至近干, 冷却后, 移入100mL容量瓶中, 用水稀释至刻度, 摇匀, 待用, 同时做空白试液。
1.6 样品测定 仪器测定按表1 条件将电感耦合等离子体发射光谱仪调节至最佳状态(见表1 )。
表1
表1
表1 电感耦合等离子体发射光谱仪操作条件 操作要求 参数与条件 无线电频率发生器功率 1000W 等离子体气体流速 12L/min 辅助气体流速 0L/min 覆盖气体流速 0.3L/min 喷雾气体流速 0.6L/min 喷雾流速 3bars (45psi) 进样速度 1mL/min 喷雾器类型 同心 喷射腔(室)类型 旋风式 氩湿润器 有 注射管直径 3.0mm
表1 电感耦合等离子体发射光谱仪操作条件
各元素进行定量测定波长(见表2 )。
表2
表2
表2 各元素测定波长 元素 波长(nm) 元素 波长(nm) Bi 223.061 Mn 257.61 Bi 190.178 Mn 260.569 Sr 407.771 Ni 232.003 Sr 421.552 Ni 231.604 Li 670.781 Cr 205.56 Li 610.364 Cr 206.158 Te 214.281 Pb 220.353 Te 238.578 Pb 216.999 Se 196.026 Co 228.616 Se 503.985 Co 238.892 V 292.402 Ba 233.527 V 309.311 Ba 455.403 Sb 206.833 Al 308.215 Sb 217.581 Al 396.152 Hg 253.652 Mo 202.03 Hg 194.168 Mo 203.844 As 188.979 K 766.491 As 193.696 Ca 317.933 Tl 190.8 Ca 396.847 Tl 276.787 Na 589.592 Cd 214.438 Mg 279.079 Cd 226.502 Mg 280.27 Cu 324.754 Zn 213.856 Cu 224.7 Zn 202.548 Fe 238.204 Fe 239.562
表2 各元素测定波长
定性定量方法以特征发射光谱作为定性依据, 以发射光谱强度代入标准系列相关性方程进行定量。
1.7 测定结果计算 玻璃中元素的含量= 测定浓度 × 定容体积 称取样品质量
2 结果与讨论 2.1 测定元素和测定波长的选择 根据玻璃的生产工艺特点, 选择其中具有检测意义的钾、钙、钠、镁、锌、铁、铜、钼、钡、铝、钴、铅、铬、镉、镍、锰、锑、铋、矾、锂等元素[1 ; 选择灵敏度较高的两个波长进行实验, 以确定相互无干扰的波长作为定性和定量的波长。采用发射光谱的波长对元素进行定性, 经观察各元素同时测定的发射光谱图, 各元素之间相互无干扰。
2.2 样品预处理方法选择 根据文献, 玻璃的预处理方法主要是氢氟酸法、高锰酸钾和酸法[2 , 由于需要对玻璃的所有金属元素进行全分析, 以确定玻璃中金属元素的种类和含量, 本法采用氢氟酸对样品进行预处理的方法[3 。
2.3 方法的线性和相关性 根据混合标准溶液的各元素发射光谱的强度和样品的浓度计算标准曲线方程, 计算标准曲线的相关系数。在最佳操作参数条件下重复测定空白溶液11次, 以空白信号测定值的3倍标准偏差所对应的浓度值计算检出限, 具体数据见表3 。
表3
表3
表3 各元素相关性和检出限数据 元素 波长(nm) 线性浓 标准曲线 检出限 Bi 223.061 0.05~100 1 0.04 Bi 190.178 0.05~100 0.9993 0.04 Sr 407.771 0.01~100 1 0.002 Sr 421.552 0.01~100 1 0.002 Li 670.781 0.01~100 1 0.02 Li 610.364 0.01~100 0.9979 0.02 Te 214.281 0.01~100 0.9999 0.02 Te 238.578 0.01~100 0.9998 0.02 Se 196.026 0.01~100 0.9999 0.06 Se 503.985 0.1~100 0.9999 0.06 V 292.402 0.01~100 1 0.004 V 309.311 0.01~100 0.9999 0.004 Sb 206.833 0.05~100 0.9999 0.03 Sb 217.581 0.05~100 1 0.03 Hg 253.652 0.05~100 0.9999 0.02 Hg 194.168 0.05~100 1 0.02 As 188.979 0.01~100 0.9998 0.03 As 193.696 0.01~100 0.9999 0.03 Tl 190.8 0.05~100 0.9992 0.03 Tl 276.787 0.05~100 0.9997 0.03 Cd 214.438 0.01~100 1 0.002 Cd 226.502 0.01~100 1 0.002 Mn 257.61 0.01~100 1 0.001 Mn 260.569 0.01~100 1 0.001 Ni 232.003 0.01~100 1 0.008 Ni 231.604 0.01~100 1 0.008 Cr 205.56 0.01~100 1 0.004 Cr 206.158 0.01~100 1 0.004 Pb 220.353 0.05~100 0.9997 0.02 Pb 216.999 0.05~100 0.9968 0.02 Co 228.616 0.01~100 1 0.007 Co 238.892 0.01~100 1 0.007 Ba 233.527 0.01~100 1 0.001 Ba 455.403 0.01~100 1 0.001 Al 308.215 0.01~100 1 0.02 Al 396.152 0.01~100 0.9999 0.02 Mo 202.03 0.01~100 1 0.004 Mo 203.844 0.01~100 1 0.004 K 766.491 0.01~100 0.9967 0.005 Ca 317.933 0.01~100 0.9999 0.001 Ca 396.847 0.01~100 0.9999 0.001 Na 589.592 0.01~100 0.9983 0.02 Mg 279.079 0.01~100 1 0.001 Mg 280.27 0.01~100 1 0.001 Zn 213.856 0.01~100 1 0.002 Zn 202.548 0.01~100 1 0.002 Fe 238.204 0.01~100 1 0.003 Fe 239.562 0.01~100 1 0.003 Cu 324.754 0.01~100 1 0.003 Cu 224.7 0.01~100 1 0.003
表3 各元素相关性和检出限数据
2.4 方法的回收率和精密度 取混合玻璃样品, 分别加入2.5μ g、12.5μ g、62.5μ g的各种元素进行样品预处理和测定, 各种元素的回收率均> 75%, 相对标准偏差均< 10%, 符合相应检测规范的要求, 具体实验数据见表4 。
表4
表4
表4 加标回收率实验数据(n=6) 测定 本底值 加标值 测定值 平均 标准 加标值 测定值 平均 标准 加标值 测定值 平均 标准 Bi 0.054 2.5 2.23 87.0 6.4 12.5 11.42 90.9 4.5 62.5 55.94 89.50 4.1 Sr 0 2.69 107.6 8.2 12.35 98.8 5.6 56.44 90.30 5.3 Li 0 2.11 84.4 5.1 12.19 97.5 4.8 66.56 106.50 5.3 Te 0.11 2.11 80.0 5.8 11.08 87.8 5.2 56.07 89.54 5.1 Se 0 2.03 81.2 6.1 12.27 98.2 5.1 65.1 104.16 5.4 V 0.046 2.22 87.0 7.4 10.41 82.9 6.4 62.6 100.09 5.7 Sb 0.02 2.18 86.4 5.1 11.60 92.6 4.5 63.1 100.93 4.1 Hg 0.07 2.31 89.6 8.2 12.60 100.2 7.8 64.41 102.94 4.8 As 0.083 2.11 81.1 8.8 11.59 92.1 8.1 65.2 104.19 5.3 Tl 0 2.25 90.0 7.1 11.70 93.6 5.7 63.3 101.28 3.7 Cd 0 1.97 78.8 6.5 10.21 81.7 6.1 50.8 81.28 5.2 Mn 0.003 1.86 74.3 7.5 12.16 97.3 3.5 64.01 102.41 3.2 Ni 0.024 2.15 85.0 6.8 10.70 85.4 6.3 52.4 83.80 5.2 Cr 0 1.97 78.8 7.3 10.75 86.0 5.5 56.68 90.69 4.7 Pb -0.022 2.33 94.1 6.4 11.27 90.3 3.4 61.8 98.92 4.6 Co 0.007 2.12 84.5 6.3 11.6 92.7 5.6 61.03 97.64 4.6 Ba 0 2.31 92.4 6.6 12.19 97.5 5.8 60.8 97.28 5.1 Al 0 2.21 88.4 7.4 10.97 87.8 3.6 60.8 97.28 4.6 Mo 0.017 1.97 78.1 6.1 10.39 83.0 4.7 63.32 101.28 4.2 K 26.7 29.23 101.2 5.9 38.27 92.6 5.4 85.33 93.81 3.3 Ca 0 2.11 84.4 5.8 12.36 98.9 4.8 62.78 100.45 4.2 Na 0 2.20 88.0 8.7 11.12 89.0 8.1 60.23 96.37 3.1 Mg 0.022 1.97 77.9 7.9 10.79 86.1 7.5 65.3 104.44 4.5 Zn 0.107 2.33 88.9 7.8 12.32 97.7 6.7 62.23 99.40 5.4 Fe 0 2.19 87.6 7.7 11.89 95.1 7.1 61.2 97.92 5.3 Cu 0 2.17 86.8 6.9 12.68 101.4 6.7 62.3 99.68 3.9
表4 加标回收率实验数据(n=6)
本文研究了玻璃中金属元素的谱线选择、基体及共存元素的干扰情况, 玻璃基体不影响测定结果的准确性。采用ICP-AES测定玻璃中的钾、钙、钠、镁、锌、铁、铜、钼、钡、铝、钴、铅、铬、镉、镍、锰、锑、铋、矾、锂等, 数据准确可靠, 能满足试样测定的需要。
The authors have declared that no competing interests exist.
参考文献
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姜红 . 刑事案件现场中微量玻璃的检验及应用 中国人民公安大学学报(自然科学版) , 2005 (1 ): 11 -15 . [本文引用:1]
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... 1 测定元素和测定波长的选择根据玻璃的生产工艺特点,选择其中具有检测意义的钾、钙、钠、镁、锌、铁、铜、钼、钡、铝、钴、铅、铬、镉、镍、锰、锑、铋、矾、锂等元素[1 ] ...
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姜红 . 刑事案件现场中微量玻璃的检验及应用 中国人民公安大学学报(自然科学版) , 2005 (1 ): 11 -15 . 摘 要： 玻璃是法庭科学中较为常见的物证之一.本文论述了刑事案件现场中微量玻璃检材的提取与包装,并对玻璃检材的检验方法进行了综合分析与研究.刑事案件现场中的玻璃检验是综合检验,方法较多,但只用一种检验方法有时难以给出准确的结论.在进行复杂的化学成分检验前,应先作外观形态和物理性质检验,最后的鉴定结论是通过对各项检验结果的综合分析得出的.
... 2 样品预处理方法选择根据文献,玻璃的预处理方法主要是氢氟酸法、高锰酸钾和酸法[2 ] ,由于需要对玻璃的所有金属元素进行全分析,以确定玻璃中金属元素的种类和含量,本法采用氢氟酸对样品进行预处理的方法[3 ] ...
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1997
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董凤霞 . 毒性元素砷、汞、铅试样处理方法及等离子体光谱测试技术研究 刑事技术 , 1997 (3 ): 1 -5 . 本文详细地介绍了低温加压消化 法处理生物样品中毒性元素砷、汞、铅的处理方法.研究表明样品处理回收率为92%～95%,检测灵敏度达 ppb级,相对标准偏差系数2%.建立了一个适用于从痕量到高含量砷、汞、铅检材的毒化标准分析方法.结果表明该法灵敏度高、准确、简便、快速,对砷、 汞、铅的检验水平提高到了国内最高水平.
... 2 样品预处理方法选择根据文献,玻璃的预处理方法主要是氢氟酸法、高锰酸钾和酸法[2 ] ,由于需要对玻璃的所有金属元素进行全分析,以确定玻璃中金属元素的种类和含量,本法采用氢氟酸对样品进行预处理的方法[3 ] ...
, 陈晓华
