【CEM】电子设备组件样品制备用于IEC 62321-7-2:2017方法六价铬含量分析

一、摘要

随着消费者电子产品及其组件在全球的广泛使用，其对环境带来的影响逐渐引起公众关注。这些材料的妥善处理极为重要，以防止六价铬对土壤和水源的污染。面对这一问题，全球多数国家均已实行了限制有害物质（RoHS）的相关规定。国际电工委员会（IEC）亦推出了新的测试标准——IEC 62321-7-2:2017，旨在检测众多产品中的六价铬含量。该新规取代了IEC 62311:2008中相应的部分条款。

二、引言

随着IEC 62321-7-2:2017标准的近期通过，我们获得了一种使用紫外-可见光谱光度计通过比色法测定聚合物和电子设备中六价铬的方法。在分析前，采用微波消解的样本制备方法。该IEC方法包含若干消解后步骤，并要求在操作前准备多种试剂。本应用指南将确立正确的微波设备、选项和程序，以保证符合该方法的要求。同时，通过指导分析师在操作开始前准备特定试剂，本指南亦旨在简化方法的操作流程。

三、仪器部分

在IEC方法（62321-7-2:2017年e版）所规定的微波程序中，条件并不严苛。只需保证样品能够达到并维持在150至160摄氏度的温度，持续90分钟即可。在此次操作中，我们采用的是配备了标准红外温度调控及搅拌功能的MARS 6型微波设备。样品的制备工作是在CEM 55毫升MARSXpress反应罐中完成的，这种反应罐由三部分组成，具有简便的排气和重新密封功能。（参见图1）或者，也可以选择使用搭配了55毫升MARSXpress反应罐的MARS One微波设备，或是搭配了EasyPrep或iPrep反应罐的MARS 6来进行此项方法的操作。

图1: MARSXpress 3部分容器

四、程序部分

注意：

在进行消解程序之前，需要将样品研磨或切割成小片。

试剂准备

在样品制备前，您必须准备好这些试剂。所有使用的试剂必须是实验级或更高级别。

消解溶液

在1升容量瓶中将20克NaOH和30克NaCO3溶解在水中，然后用干净的去离子水稀释至刻度线。该溶液应储存在20至25°C，并每月新鲜配制。使用前测试pH值，如果pH值低于11.5则丢弃溶液。

磷酸盐缓冲液

将87.09克K2HPO4和68.04克KH2PO4溶于700毫升干净的去离子水中。转移到1升容量瓶中，并用干净的去离子水补足体积。

35%硝酸

用干净的去离子水将50毫升试剂级HNO3稀释至100毫升。储存于20°C。

二苯卡巴肼

将250毫克1,5-二苯卡巴肼溶于50毫升丙酮中。储存在棕色瓶中。使用前检查溶液是否变色。储存期可达两周，如果溶液变色则丢弃并准备一批新鲜的。

10%硫酸

将10毫升蒸馏的试剂级或光谱级的H2SO4用干净的去离子水稀释到100毫升的容量瓶中。

其他所需试剂

• 甲苯（分析级）• 无水氯化镁（分析级）

微波消解程序

1. 在55毫升MARSXpress反应罐中称量大约0.15克的样品，并加入磁力搅拌棒。

2. 加入10毫升消解溶液。

3. 加入5毫升甲苯（分析级）。

4. 加入400毫克无水氯化镁（分析级）。

5. 加入0.5毫升磷酸盐缓冲液。

6. 将反应罐均匀地放置在MARSXpress转盘上，并放入微波炉腔内。按照表1中定义的步骤创建经典微波消解程序。

表1：微波消解自定义程序设置

五、结果

使用MARS 6搭配MARSXpress反应罐，可以顺利执行封闭容器微波消解环节（62321-7-2:2017年e版）中六价铬测定样品制备的任务。如图2所示，精确控制功率可以轻松实现运行期间所需的必要消解条件。尽管该方法并未特别指出，我们仍建议采用搅拌选项，以便在分离前将六价铬完荃提取至容器内的水相中。微波处理完成后，需要进行后续的消解程序，具体步骤将在接下来章节中详细说明。

图2. 温度曲线

绿线代表MARS系统的精确控制，而红线显示的是样品在90分钟内保持在150-160°C的正确温度范围内。

六、消解后处理准备

1. 冷却并将溶液转移到分液漏斗中，以分离有机相。丢弃有机相。

2. 使用0.45 µm滤膜过滤水相。用水冲洗消解罐三次，并过滤冲洗溶液。如果过滤器堵塞，使用孔径较大的过滤器。

3. 用水冲洗烧瓶内部和滤垫，将滤液和冲洗溶液转移到一个装有磁力搅拌棒的150毫升烧杯中。

4. 在搅拌的同时逐滴加入35%硝酸，监测pH值调整至7.5 ± 0.5。

5. 检查样品是否清澈。

如果样品清澈：

1. 显色操作

a. 向每个烧杯中加入2.5毫升二苯卡巴肼溶液。

b. 缓慢添加10%硫酸至容器中，调节pH值至2.0 ± 0.5。

c. 将混合物定量转移至50毫升容量瓶，用去离子水补足至50毫升，并反复倒置数次。

d. 静置5-10分钟，使颜色充分显现。

2. 将适量溶液转移到1厘米吸收池中，使用比色计在540纳米波长下测量吸光度。颜色显现后，需在30分钟内完成分析。

3. 通过减去经颜色发展过程处理的空白样品的吸光度，对样品的吸光度读数进行校正。

4. 根据校正后的吸光度，参照IEC方法所附的校准曲线确定六价铬的浓度。

如果样品混浊或有颜色：

使用0.45 µm滤膜过滤样品。

• 如果样品有颜色，在显色前使用C18色谱柱注射器过滤溶液。

• 如果样品在过滤后清澈，则继续显色操作。

1. 显色

a. 向每个烧杯中加入2.5毫升二苯卡巴肼溶液。

b. 缓慢加入10%硫酸至容器中，调整pH值至2.0 ± 0.5。

c. 将内容物定量转移到50毫升容量瓶中，并用去离子水调整样品体积至50毫升，并多次倒置。

d. 从容量瓶中取出5毫升，记录并用比色仪测量。这是背景吸收测量。

e. 通过向每个样品消解液中加入2.5毫升二苯卡巴肼溶液进行背景校正。

f. 混合并加入去离子水调整体积至50毫升，反复倒置数次。

g. 静置5-10分钟以充分显色。

2. 将适量部分转移到1厘米吸收池中，使用比色计在540纳米波长下测量。颜色显现后，需在30分钟内完成分析。

3. 通过减去上述背景吸收测量的读数来校正吸光度读数。

4. 根据校正后的吸光度，参照IEC方法所附的校准曲线确定六价铬的浓度。

七、讨论

IEC方法62321-7-2:2017是ICP分析的一个合适替代方法；然而，应特别注意在每一步中尽量减少误差。技术人员应接受良好的分析技术培训，以最小化样品间的变异性，并减少误差的引入，这可能导致错误或不准确的结果。