CN105510315A - 一种测定日用陶瓷中可溶性铅含量的分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种测定日用陶瓷中可溶性铅含量的分析方法，所述分析方法为：将待测日用陶瓷样品洗净，并自然晾干，然后用专用试剂盒中棉签蘸取擦拭剂来回擦拭日用陶瓷样品表面，擦拭30秒后，将棉签放置在显色试纸板上，滴上1滴显色剂，静置2分钟，在明亮的光线条件下，与标准工作色阶对照卡进行对照，用目视比色法确定样品中可溶性铅含量的结果范围。本发明与现有技术相比的优点是：铅的检出限为20ng，整个分析测试过程5～10min，大大缩短分析时间，提高工作效率。铅溶出量～擦拭量的拟合曲线回归系数大于0.99，说明本发明采用测定擦拭量推测溶出量是可行的。该方法具有简便、快速、易操作，能够满足日用陶瓷中可溶性铅含量快速分析的要求。

Description

一种测定日用陶瓷中可溶性铅含量的分析方法

技术领域

本发明涉及日用陶瓷可溶性元素分析技术，尤其涉及一种测定日用陶瓷中可溶性铅含量的分析方法。

背景技术

日用陶瓷是日常生活中不可或缺的生活用品，有很多人会选择装饰有美丽釉彩的日用陶瓷等盛放食物，与国内食具产品质量水平不高相对的，是国外进口产品的低不合格率。按照通关实验室的检测数据统计，近三年来陶瓷、搪瓷及玻璃食具的检测不合格率低于2‰。但由于相对较长的检测周期（实验室检测需要3个工作日），使得进口产品的通关速度无法提升，进口商可能需要支付额外的港口货物暂存费用。

一方面需要严厉监管的需求，另一方面是提升检测速度的必要性，为了解决这些问题，需要一种快速，简便，直观和灵敏的食具中铅、镉含量的快速筛查方法来解决。

日用陶瓷中含铅的风险主要来源有：其一，是日用陶瓷等食具在上釉时需要使用熔点较低的铅作为助熔剂，故而会造成釉彩中存在铅且有可能溶出的风险。随着工艺的改善，这种类型的含铅风险有所降低；其二，是日用陶瓷食具上使用的颜料。彩绘日用陶瓷分为釉上彩、釉中彩和釉下彩三种。釉上彩是用颜料制成花纸贴在釉面上或直接以颜料绘于产品表面，再经低温烤烧而成，由于烤烧温度达不到釉层熔融的程度，所以花面不能沉入釉中，用手触摸釉上彩陶瓷，感觉花面有明显的凹凸感；釉中彩的烤烧温度可令釉料熔融，颜料可沉入釉中，冷却后被釉层覆盖，制品表面平滑，手触无明显凹凸感；釉下彩的全部彩饰在瓷坯上进行，施釉后经高温一次烧成，花面被釉层覆盖，看上去光亮、平整，手感光滑。为了使得色泽鲜艳不褪，这类颜料大多添加了大量的铅、镉、汞、铬等有害元素。釉下彩，釉中彩类陶瓷制品上的颜料，其中的有害元素被釉封闭无法溶出，故而较为安全，而釉上彩类制品由于颜料基本暴露在外，存在溶出铅的风险。

目前，我国的国家标准对日用陶瓷中可溶性铅含量的检测方法为《GB/T3534-2002日用陶瓷器铅、镉溶出量的测定方法》，采用4%醋酸溶液于22±2℃下浸泡24小时，再使用原子吸收光谱仪或者电感耦合等离子体发射光谱法测试样品中溶出的铅含量。整个试验周期较长，一般要三天，且要求进行多个样品的平行试验，耗时费力。

显色法测试重金属铅的方法，国内已有比较成熟的研究基础。铅的显色法测定中，常用的显色剂有双硫腙，三苯甲烷类碱性染料法，卟啉类显色法，偶氮胂类显色法，双硫腙法虽然灵敏，但测试过程中需要用到剧毒的三氯甲烷，极不利于环保；卟啉类显色法存在一个致命缺陷，即显色前后的谱峰波长位移仅为数十纳米（这是由于卟啉类显色剂在结合重金属离子前后，其结构并未发生明显的变化），一般来说，肉眼无法清晰辨认这种变化，也难以应用至现场快速筛查中去，另外，卟啉类试剂还有显色速度较慢，需加入附加络合剂；偶氮胂类显色剂，其灵敏度一般比碱性染料类低一个数量级；碱性三苯甲烷类染料中，有许多水溶性较差的显色剂，一旦与铅离子发生反应，即会形成小颗粒沉淀。这在工业上的浮选分离方面很有优势，但在痕量检验方面存在不便。二甲酚橙（XO）同是三苯甲烷类染料，由于其结构中存在四个羧基，呈酸性，水溶性较佳，且与铅离子的结合一定程度上造成了其结构的变化，颜色自黄变红，十分明显。

本发明人针对上述情况，经过不断的研究，开发了一种新型擦拭显色快速检测日用陶瓷中可溶性铅含量的分析方法，该方法具有非常实用价值。

发明内容

本发明是为了解决上述不足，提供了一种测定日用陶瓷中可溶性铅含量的分析方法。

本发明的上述目的通过以下的技术方案来实现：一种测定日用陶瓷中可溶性铅含量的分析方法，即：将待测日用陶瓷样品洗净，并自然晾干，然后用专用试剂盒中棉签蘸取擦拭剂来回擦拭日用陶瓷样品表面，擦拭30秒后，将棉签放置在显色试纸板上，滴上1滴显色剂，静置2分钟，在明亮的光线条件下，与标准工作色阶对照卡进行对照，用目视比色法确定样品中可溶性铅含量的结果范围。

其中，专用试剂盒包括：

擦拭剂：醋酸-醋酸钠缓冲液，浓度为1mol/L，pH为6.0；

显色试剂包：二甲酚橙钠盐0.025%，氯化钠0.05%，邻菲啰啉0.2%，氢氧化钠4.0%和醋酸6.0%所组成的水溶液；

铅标准工作色阶卡：0～200ng范围内。

进一步的，所述显色剂溶液pH值的确定方法是：取0.025%二甲苯酚橙钠盐显色剂，加入一定量30mg/L的铅标准，前后用紫外分光光度计进行波长全扫描分析，扫描范围为300nm～650nm，Pb的加入使0.025%二甲苯酚橙钠盐显色剂的吸光曲线在580nm左右的峰上升，所以选择该波长处的吸光度值变化进行显色剂溶液pH值的确定。经实验确认显色剂溶液pH为6.0。

进一步的，所述铅标准溶液选自国家钢铁材料测试中心钢铁研究总院，浓度为1000mg/L，二甲苯酚橙钠盐选自阿法埃莎（中国）化学有限公司，纯度为99%，邻菲啰啉选自百灵威科技有限公司，醋酸、醋酸钠、氯化钠及氢氧化钠均选自广州化学试剂厂，均为分析纯。

进一步的，所述紫外可见分光光度计选自赛默飞世尔科技（中国）有限公司的Evoluton300紫外可见分光光度计，pH酸度计选自美国丹佛公司的UB-7型pH酸度计。

本发明与现有技术相比的优点是：铅的检出限为20ng，整个分析测试过程5～10min，传统方法及标准方法样品处理需要24h，所以大大缩短分析时间，提高工作效率。铅溶出量～擦拭量的拟合曲线回归系数大于0.99，说明本发明采用测定擦拭量推测溶出量是可行的。该方法具有简便、快速、易操作，能够满足日用陶瓷中可溶性铅含量快速分析的要求。

附图说明

图1为二甲苯酚橙钠盐溶液加入铅标准溶液前后的紫外-可见光谱图。

图2为铅溶出量与擦拭量关系图。

图3为铅标准工作色阶卡。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步详述。

在本实施方式中，测定日用陶瓷可溶性铅含量的分析方法选用的仪器为：赛默飞世尔科技（中国）有限公司的Evoluton300紫外可见分光光度计，美国丹佛公司的UB-7型pH酸度计，美国珀金埃尔默股份有限公司的AA800型且带石墨炉的原子吸收光谱仪，美国密理博公司的SyneryUV超纯水系统。

使用的试剂为：铅标准溶液选自国家钢铁材料测试中心钢铁研究总院，浓度为1000mg/L，二甲苯酚橙钠盐选自阿法埃莎（中国）化学有限公司，纯度为99%，邻菲啰啉选自百灵威科技有限公司，醋酸、醋酸钠、氯化钠及氢氧化钠均选自广州化学试剂厂，均为分析纯。

专用试剂盒包括:

擦拭剂：醋酸-醋酸钠缓冲液，浓度为1mol/L，pH为6.0；

显色试剂包：二甲酚橙钠盐0.025%，氯化钠0.05%，邻菲啰啉0.2%，氢氧化钠4.0%和醋酸6.0%所组成的水溶液；

铅标准工作色阶卡：0～200ng范围内。

该方法需要配备擦拭剂，其方法是：称取醋酸钠54.6g，加1mol/L醋酸溶液20mL溶解后，加超纯水稀释至500mL。

为了使铅能够被准确有效地检出，所选择的显色剂首先必须特异性强，能够排除可能存在的多种干扰离子，其次要在水溶液中有较好的吸光系数，最后必须有显著的颜色变化。在大量查阅文献，并考察了甲臜类（双硫腙）、三苯甲烷类碱性染料、卟啉类染料、偶氮类染料之后，最终选择了三苯甲烷类碱性染料——二甲苯酚橙钠盐作为显色剂。该显色剂摩尔吸光系数较高，但易溶于水，且和铅的显色反应，见图1所示，使得二甲苯酚橙钠盐的吸光曲线在580nm左右的峰明显上升，同时440nm左右的主峰下降并位移，这就是二甲苯酚橙钠盐溶液中加入铅颜色由橙黄色变成红色的原因。

确定显色剂溶液pH值及浓度，其方法是：配制0.05%二甲苯酚橙钠盐溶液，试验pH值在4.0、4.5、5.0、5.5、6.0、6.5和7.0时，加入Pb标准工作溶液（30mg/L）前后的吸光度值变化，实验结果表明当pH为6.0时，吸光度值变化为最大，所以确定显色剂溶液pH值为6.0为最佳。为了探讨显色剂浓度对显色效果的影响，配制浓度范围在0.005%～0.5%的二甲苯酚橙钠盐溶液，加入一定浓度的铅标准工作溶液使其显色，对照不同浓度显色剂显色前后的颜色差异，确定显色剂浓度为0.025%为最佳。

确定0.025%二甲苯酚橙钠盐溶液的显色容量，其方法是：分别配制浓度为10mg/L、20mg/L、50mg/L、100mg/L、200mg/L、300mg/L、400mg/L和500mg/L铅标准工作溶液，依次加入浓度为0.025%二苯酚甲橙钠盐溶液，并加入一定量醋酸-醋酸钠缓冲溶液，然后通过紫外可见分光光度计扫描，实验结果表明，当铅标准工作溶液浓度在200mg/L之前呈线性递增，在200mg/L之后弯曲并呈指数状再次递增，在铅标准工作溶液浓度升至500mg/L时，吸光度值的变化很小。当Pb从300mg/L增加到500mg/L时，显色剂的显色变化已经难以无法由肉眼观察出来，故而本试验设定0.025%的二甲苯酚橙钠盐（pH=6.0），Pb的最大显色浓度为200mg/L。

消除干扰试验，其方法是：为了保证方法的稳定和有效，必须最大程度地排除食具中可能存在的其他离子对Pb的显色影响。由于二甲苯酚橙钠盐是一种常用显色剂，能够与多种元素络合，根据其特性，并考虑日用陶瓷中大量存在的元素，本试验首先用目视法排除了100mg/L的Ca，Mg的干扰，选择了Si、Cu、Co、Cd、Ba、Ag、Au、Cr等8种元素进行干扰试验。

在0.025%的二甲苯酚橙钠盐溶液（pH=6.0）中分别加入上述干扰离子，保持干扰离子的浓度在100mg/L，记录干扰离子的紫外～可见光谱。并与相同浓度的二甲苯酚橙钠盐与15mg/LPb结合后的紫外～可见光谱图。实验结果表明，干扰情况最严重的为Ag离子，其次为Co离子。其余离子经目测法以及图上的吸光度值比较，均不会对Pb（15mg/L）的显色产生影响。为了消除Ag的干扰，可在显色体系中加入少量NaCl，使其形成AgCl沉淀。经实测，NaCl的加入能够使AgmXOn快速解离，颜色从原先的红色变为黄色。预先在二甲苯酚橙钠盐溶液中加入0.05%的NaCl后，Ag能够被有效掩蔽。

Co与二甲苯酚橙钠盐的结合十分牢固，并且Co并没有十分有效的沉淀剂。可以通过加入邻菲啰啉的方法使其与二甲苯酚橙钠盐竞争，从而使显色体系对Co有一定的掩蔽效果。用pH=6.0的醋酸缓冲液配制0.4%的邻菲啰啉加入0.025%二甲苯酚橙钠盐中，再往其中加入一定量的Co，最后用缓冲溶液定容至25mL。逐步增加邻菲啰啉的用量，观察Co的掩蔽情况，实验结果表明，随着邻菲啰啉的加入量变大，Co的吸光度值递减，在580nm处的吸光度值在邻菲啰啉的加入量为5mL时达到最小，此时再增加邻菲啰啉的量，580nm处的吸光度值反而上升。

确定擦拭时间，其方法是：日用陶瓷表面的铅溶出，在一定时间之后会达到一定的平衡。为了使铅溶出尽量充分，但又最大限度地节约时间，擦拭时间的优化很有必要。用棉签蘸取擦拭剂，对四种不同类型的日用陶瓷铅溶出试验呈阳性的样品进行不同时间的擦拭。擦拭时间分别为10s、20s、30s、40s、60s和120s，为了能够准确计算棉签上擦下的铅元素，擦拭试验后，将棉签置于玻璃离心管中，再往离心管中加入0.2mL超纯水，超声30min后使棉签上的铅充分溶出。使用微量进样针吸取20μL离心管中的溶液注入石墨管中，使用石墨炉原子吸收光谱法测试铅含量。实验结果表明，铅的溶出量随着擦拭时间增加而递增，当擦拭时间超过30s后，铅的溶出量基本保持不变，说明铅出量达到平衡，所以选择擦拭时间为30s为最佳。

确定溶出量与擦拭量的线性关系，其方法为：分别在陶瓷白盘上涂上一系列含不同浓度铅、镉的模拟颜料，进行擦拭试验和溶出试验，并记录擦拭量和溶出量，探讨其线性关系：模拟颜料以硼酸、氯化钠、硝酸钙和碱式碳酸镁为基体。上述配方的混合盐类添加至涂料中后搅拌均匀，作为底料，再依次混入一系列浓度的铅盐（硝酸铅）。再次搅拌均匀后，在陶瓷白盘涂上面积大小一致，厚薄均匀的一层，晾干备用。

每个陶瓷盆的容积为100mL，均先进行擦拭试验，再进行溶出试验。擦拭时间为30s，使用石墨炉原子吸收法进行擦拭量测定，溶出量试验按照国家标准方法GB/T3534-2002日用陶瓷器铅、镉溶出量的测定方法，使用石墨炉原子吸收法进行溶出量测定，并记录相应测试数据。以铅擦拭量（ng）为横坐标，铅溶出量（mg）为纵坐标作图，如图2所示。由图2可见，铅擦拭量和溶出量之间存在良好线性关系，相关系数大于0.99。

铅标准工作色阶卡的制作，为了能够更加直观地判别显色剂所显颜色所对应的浓度，本项目对显色试剂包与不同浓度的铅离子反应后的颜色变化进行拍照记录，并进行颜色模拟。其方法为：按照显色试剂包的配方配制显色剂，并配制一系列浓度的铅溶液，依次加入显色剂，拍照并制作成标准工作色阶卡，如图3所示。

取实验室内留存的3组不同器型及容量的阳性日用陶瓷样品分成进行擦拭试验，每组样品做6个平行样品，并对比铅标准工作色阶卡进行半定量，并根据溶出量～擦拭量线性方程计算铅的溶出量。然后再按照国家标准GB/T3534-2003日用陶瓷器铅、镉溶出量的测定方法，使用石墨炉原子吸收法进行溶出量测定，并计算相应铅溶出量结果，第一组日用陶瓷样品擦拭量转化为溶出量，平均结果为5.6mg/L，按照国家标准方法分析的平均结果为5.8mg/L，第二组日用陶瓷样品擦拭量转化为溶出量，平均结果为9.6mg/L，按照国家标准方法分析的平均结果为9.3mg/L，第三组日用陶瓷样品擦拭量转化为溶出量，平均结果为21.5mg/L，按照国家标准方法分析的平均结果为23.2mg/L。结合具体应用案例，说明该发明准确度的分析结果令人满意。相比国家标准分析方法，该发明具有快速、简便、易操作及准确度高等优点，能够满足日用陶瓷中可溶性铅含量的快速分析。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (4)

1.一种测定日用陶瓷中可溶性铅含量的分析方法，其特征在于：所述分析方法为：将待测日用陶瓷样品洗净，并自然晾干，然后用专用试剂盒中棉签蘸取擦拭剂来回擦拭日用陶瓷样品表面，擦拭30秒后，将棉签放置在显色试纸板上，滴上1滴显色剂，静置2分钟，在明亮的光线条件下，与标准工作色阶对照卡进行对照，用目视比色法确定样品中可溶性铅含量的结果范围：

其中，专用试剂盒包括：

擦拭剂：醋酸-醋酸钠缓冲液，浓度为1mol/L，pH为6.0；

显色试剂包：二甲酚橙钠盐0.025%，氯化钠0.05%，邻菲啰啉0.2%，氢氧化钠4.0%和醋酸6.0%所组成的水溶液；

铅标准工作色阶卡：0～200ng范围内。

2.根据权利要求1所述的一种测定日用陶瓷中可溶性铅含量的分析方法，其特征在于：所述显色剂溶液pH值的确定方法是：取0.025%二甲苯酚橙钠盐显色剂，加入一定量30mg/L的铅标准，前后用紫外分光光度计进行波长全扫描分析，扫描范围为300nm～650nm，Pb的加入使0.025%二甲苯酚橙钠盐显色剂的吸光曲线在580nm左右的峰上升，所以选择该波长处的吸光度值变化进行显色剂溶液pH值的确定；经实验确认显色剂溶液pH为6.0。

3.根据权利要求1所述的一种测定日用陶瓷中可溶性铅含量的分析方法，其特征在于：所述铅标准溶液选自国家钢铁材料测试中心钢铁研究总院，浓度为1000mg/L，二甲苯酚橙钠盐选自阿法埃莎（中国）化学有限公司，纯度为99%，邻菲啰啉选自百灵威科技有限公司，醋酸、醋酸钠、氯化钠及氢氧化钠均选自广州化学试剂厂，均为分析纯。

4.根据权利要求1所述的一种测定日用陶瓷中可溶性铅含量的分析方法，其特征在于：所述紫外可见分光光度计选自赛默飞世尔科技（中国）有限公司的Evoluton300紫外可见分光光度计，pH酸度计选自美国丹佛公司的UB-7型pH酸度计。