ICP-OES测定铅汞镉的参数优化

刘化玲，牛丽川，黄小亚，张谷一

（国家广播电视产品质量监督检验中心，北京 100015）

随着全球电子电气产业的发展，电子产品在给人类带来方便的同时，也给全球的生态环境带来巨大影响。欧盟公布《关于限制在电子电气产品中使用某些有害物质的指令》[1]（即RoHS指令）。我国也颁布了《电子信息产品污染控制管理办法》，限制使用铅、汞、镉等有害物质。2011年8月实施的GB/T 26572—2011《电子电气产品中限用物质的限量要求》[2]规定铅和汞的含量不得超过 0.1%（1000 mg/kg），镉的含量不得超过 0.01%（100 mg/kg）。电感耦合等离子体发射光谱仪（ICP－OES）灵敏度高，选择性好，进样量小并且可以实现多元素同时分析，被广泛应用于RoHS指令中铅、汞、镉的确证检测。对一台ICP－OES，用户可以调节控制的参数有射频发生器的功率、等离子气流量、载气流量、雾化气流量、进样速率、观测高度等，其中，雾化气流量、等离子气流量和观测高度对检测结果的影响较大[3]。这里主要讨论如何调节这3个参数来增大信噪比、提高检测灵敏度。

1 实验部分

1.1 主要仪器和试剂

仪器：ICP－OES（PerkinElmer Optima 7300V）。

试剂：铅（GBW08619）：1000 μg/mL；汞（GBW08617）：1000 μg/mL；镉（GBW08612）：1000 μg/mL。实验采用混合标准溶液进样（铅：1.0 μg/mL；镉：0.1 μg/mL；汞：1.0 μg/mL）。

1.2 ICP-OES工作参数

功率：1200 W；辅助气流量：0.2 L/min；样品流速：1.5 L/min；读数延迟：60 s。

分析波长：铅（Pb）为220.353 nm；汞（Hg）为194.168 nm；镉（Cd）为228.802 nm。

1.3 实验步骤

1.3.1 雾化气流量的优化

设置观测高度10.0 mm，等离子气流量为12.0 L/min，雾化气流量分别设置为 0.40，0.45，0.50，0.55，0.60，0.70 L/min，记录在不同雾化气流量下的元素谱线强度（单位为c/s，即每秒的计数）。

1.3.2 等离子气流量的优化

雾化气流量为 0.50 L/min，观测高度为 10.0 mm，等离子气流量分别设置为11.0，12.0，13.0，14.0，15.0 L/min，记录在不同等离子气流量下的元素谱线强度。

1.3.3 观测高度的优化

雾化气流量为0.50 L/min，等离子气流量为12.0 L/min，设置观测高度分别为7.0，8.0，9.0，10.0，11.0，12.0 mm，记录在不同观测高度下的元素谱线强度。

2 影响因素分析

2.1 雾化气流量对谱线强度的影响

雾化器的一个重要作用是使液滴汽化为气溶胶并均匀进入等离子体，而雾化气的流量直接影响样品的雾化效果是否均匀稳定。从表1可知，元素的谱线强度随雾化气流量的增加而增大，但增大到一定程度后下降。因为雾化气流量加大，进入炬焰的样品量也增多，谱线强度增大，但达到一定值后，继续增大雾化气流量，会使进入炬焰的粒子来不及激发而冲出，同时流量过大的雾化气也使炬焰温度降低，这样发射强度也降低，信噪比变差。如果是单一元素的标准曲线，应选择谱线强度最大时的雾化气流量，若是混合溶液的标准曲线可折中考虑。本实验选择0.50 L/min，确保铅、汞、镉的谱线强度最大。

2.2 等离子气流量对谱线强度的影响

等离子气是指流经炬管外部的气体，主要是用来冷却炬管并稳定等离子体炬焰。由表2得出，铅和汞在12.0 L/min时谱线强度最大，镉元素的谱线强度随等离子气流量的增加而减小，但是对于不同型号的仪器等离子气流量有最低限，流量过低会导致外管过热而烧毁炬管，在本实验体系等离子气流量应大于11.0 L/min，由于镉元素的响应值较大，折中考虑可选择12.0 L/min，既确保炬焰稳定燃烧，又保证被测元素较大的谱线强度。

表1 雾化气流量对谱线强度的影响

表2 等离子气流量对谱线强度的影响

2.3 观测高度对谱线强度的影响

观测高度是观测窗中心到负载线圈上缘的垂直高度距离。分析元素经过原子化、激发、辐射等过程，不同的粒子在炬焰中的温度、电子密度、氩的各种粒子密度等参数在中心通道内有不同的轴向分布。由表3得出，在本实验体系铅、汞、镉的最佳观测高度为10.0 mm。

表3 观测高度对不同元素谱线强度的影响

3 小结

电感耦合等离子体发射光谱仪是大型精密分析仪器，可以实现RoHS检测中多元素同时分析，但运行条件复杂，尤其是雾化气流量、等离子气流量和观测高度对信噪比影响较大。为提高元素分析的灵敏度，分析检测的过程中应根据具体情况将仪器调节到较优状态，提高检测的准确度和灵敏度。

[1]RoHS：2002/95/EC，关于在电气电子设备中限制使用某些有害物质指 令 [S/OL].[2011－10－01].http://www.cqc.com.cn/chinese/Upfiles/2007/5/200751810278429.pdf

[2]GB/T 26572—2011，电子电气产品中限用物质的限量要求[S].2011.

[3]国家广播电视产品质量监督检验中心，中国电子科技集团公司第三研究所，天津大学电子信息工程学院.数字电视原理与检测技术[M].北京：人民邮电出版社，2011：564－565.