纺织品中重金属含量检测方法探究

陶 华，徐建英

（苏州市纤维检验院，江苏 苏州 215600）

关于纺织品重金属含量的限值，国家相关规范中已经给出了明确的规定，检测时可根据待检测目标的特点选择适合的技术和检测方法。检测结果的可靠性和精度受到多方面因素的影响，如纺织品样本的消解处理，在处理过程中要确保消解彻底，产生的溶液不得出现洒漏。在具体的检测阶段，检测仪器的精度会受到环境因素、设备选型的制约，需结合实际情况合理控制。

1 纺织品中常见的重金属及其危害

1.1 纺织品重金属类型及来源分析

纺织品重金属的来源包括：（1）加工制造过程。纺织材料常被用作制造衣物、毛巾、床上用品的原材料，为了追求丰富的图案和色彩，在加工制造过程中需经过一系列复杂的工序，会使用到金属络合物、媒介染料、固色剂、阻燃剂、催化剂等物质。纺织品中大部分重金属元素都产生于后期加工过程，如锑（Sb）是无机催化剂中常见的一种重金属，其在印染工业中应用广泛；（2）生物富集。植物纤维（如棉、麻）可用于制造纺织品，植物在生长过程中从土壤中吸收、富集的重金属元素最终也会出现在纺织品中，虽然理论上存在这种可能性，但相比纺织品加工过程中产生的重金属，这种情况引发的危害较小[1]。表1按照国家相关技术规范总结了纺织品中常见的重金属类型及其质量分数限值，一旦超过了表1中的限值，将会威胁人体健康。

表1 纺织品重金属质量分数安全限值

1.2 纺织品重金属含量超标的危害

受到印染、催化、固定等工序的影响，纺织品纤维上会存在一定含量的重金属元素，其在温度、汗液、水分的作用下有可能转化为游离态，进而沾染到人体的皮肤上，甚至通过呼吸道、口腔等进入人体。人的骨骼、神经系统、肌肉组织、脏器等都会受到重金属的影响，有些重金属虽然是人体必需的元素之一，但其在人体中的含量必须控制在适当范围内，一旦超标，就会产生副作用。例如，镉元素超标可引起肺纤维化，锑元素超标可损伤肝脏。成年人对重金属的抵抗力较强，婴儿的抵抗力较弱，因此，对婴幼儿纺织品的重金属含量限值提出了更加严格的要求[2]。

2 纺织品重金属检测内容

2.1 可萃取的重金属

纺织品中的重金属元素从可移动性上讲分为两类：一类在自然状态下难以移动，固结在纺织品纤维表面或者内部；另一类是游离态重金属。可萃取的重金属指的是固结在纺织品表面或者内部的重金属，此类重金属在一定条件下可从固结的状态转变为游离态，当其处于固结状态时，通常不会对人体造成危害。但人体分泌的汗液为碱性，同时人体分泌的唾液中富含微生物，原本固结的重金属元素在汗液、唾液等的作用下有可能转变为游离态，物理学上可认为其发生了萃取作用。因此，在检查纺织品重金属时，应重视其可萃取性。在具体操作过程中可利用机械设备辅助，如振荡、离心等，将最终产生的萃取液经过滤后实施检测，观察萃取液中重金属种类及含量等相关数据结果[3]。除了这种传统的萃取技术，目前已经发展出多种新的纺织品重金属萃取技术，如电感耦合等离子体-质谱（ICP-MS）技术，其效果非常突出。

2.2 游离重金属

游离重金属可在纺织品以及较为常规的使用条件下发生位置上的迁移，相比那些经过较长时间萃取才能获取的重金属，游离重金属的危害性更大。检测时也是利用专门的萃取液，但是由于萃取液的主要成分和酸碱性不同，也会有一定的区别。若萃取液主要使用酸性介质，纺织品中游离态重金属的萃取活动一般就无需机械辅助，因为重金属位于织物的表面，在溶液条件下极易脱离，进而被盐酸溶解[4]。

2.3 重金属总含量

重金属元素在纺织物中的总含量反映出其潜在危害的大小，这也是国家规范对重金属含量设定安全阈值的原因，如要求纺织物中的砷元素质量分数不得超过1.0 mg/kg（针对成人纺织品）。总含量是指纺织品中含有的某种重金属的总质量，无论其是否能被萃取。因此，常规的萃取法在测定总含量时不一定适用，此时需通过特定的方法将纺织物彻底消解，常用的技术手段包括微波或者利用化学溶剂湿法消解。纺织物被消解之后，所有的重金属元素都存在于溶液中，然后以原子吸收光谱法或者等离子体原子发射光谱法来精确地检测出重金属的总含量[5]。

2.4 重金属释放量

释放量指的是那些可在自然条件下由纺织品及其附件主动向外释放的重金属的质量，大部分重金属元素不具备向外主动释放的特点，但镍元素具备这样的特点。纺织品通常都设计了扣子、拉链以及各种类型的装饰物，有些是使用金属材料制成的，其中就含有镍元素。

3 纺织品重金属含量检测方法及其应用

关于纺织品中重金属含量的检测方法，目前主要依据《婴幼儿及儿童纺织产品安全技术规范》（GB 31701—2015）、《国家纺织产品基本安全技术规范》（GB 18401—2010），其指定了多种检测方法，如原子吸收分光光度法、电感耦合等离子体原子发射光谱法、六价铬分光光度法。砷和汞这两种元素都设有专门的砷、汞原子荧光分光光度法，因此，在开展纺织品重金属含量检测工作时，要采取这些国家规范指定的技术方法，以提高相关数据的采信度与可靠性[6]。

3.1 检测样品的预处理

在检测纺织品中重金属总含量时，需对其实施预处理，主要为彻底消解，防止检测工作中漏掉不可萃取的重金属。

3.1.1 湿式消解法

无论采用哪一种消解方式，最终需达到的技术指标是将纺织品检测样本转化成可检测的形态，消解的主要目的是利用酸液、碱液、加热、微波等技术破坏样品中的有机物，便于检测重金属。强酸性物质均可将纺织物消解，因此，采取湿式消解法时，可使用浓硝酸、浓盐酸以及高氯酸等强氧化剂，纺织品在这些强酸的作用下会消解成溶液。但需要说明的是，在采取湿式消解法时，也具有一定的技术要求，并非所有类型的纺织品均可采用这种消解方式，典型的如聚氨酯（PU）材料、涤纶材料等，因为这类材料的抗氧化较强，不同于纯天然的棉麻类材料。另外，消解液需完全将纺织品消解并固定下来，不可损失已经产生的消解液，否则会导致部分已经消解在溶液中的金属元素流入环境中。湿式消解法在执行过程中会产生剧烈的反应和放热过程，甚至会引发消解液飞溅到外部，在这种情况下测得的数据就不够准确。氧化反应中常常伴随着放热过程，这一点无法避免[7]。

3.1.2 微波消解法

使用微波消解法处理土壤或者沉淀物样品已经成为一种重要的技术路径，但在纺织品的消解处理中还未得到很好的应用。首先，从原理上看，将纺织品放置在具有强氧化作用的酸性介质中，然后向溶液施加微波作用，氧化介质受到能量的激发（主要是温度上的变化），其活性会进一步增强，提高了消解能力。其次，从效果上来看，国内的研究人员曾经采用微波消解法处理纺织品，但是最终的结果是纺织品在经过微波处理之后并未实现彻底的消解，仍然存在不少残留的纺织品。微波消解过程中也要使用硝酸、盐酸等物质，显然，正是因为某些人工合成的纺织物具备较强的抗氧化性，所以才在强酸的基础上增加了微波辐射的功能，以激发氧化剂的活性。但问题在于微波能量的强度该如何调节，在消解过程中应该采用哪些消解剂与其配合，这些难题至今还未得到妥善解决[8]。

3.1.3 干法灰化

无论是湿式消解法还是微波消解法，在具体的执行过程中常常出现难以彻底溶解某些样本的现象。干法灰化首先是利用温度将纺织品炭化，这一过程主要使用坩埚以及加热设备，炭化之后要将其制成粉末状的样品，也就是完成灰化，这一阶段使用的设备是马弗炉。经过干法灰化处理的纺织物样品会变成细小的颗粒物，此时再向其中加入硝酸、盐酸等物质，因为颗粒物非常小，与酸性物质接触的比表面积较大，所以能够顺利消解。显然，经过干法灰化处理的纺织品能够彻底实现消解，确保重金属元素完全融入消解液中，这种方式在现阶段的纺织品重金属测试中得到了广泛应用。

3.2 检测仪器及实现方法

3.2.1 原子吸收分光光度法

原子吸收分光光度法主要依赖原子吸收分光光度计，其设计原理包括两种，进而形成了两种类型的原子吸收分光光度计，在结构上主要包括光源、原子化器、单色器以及检测器4个部分。原子化器分为石墨炉（无火焰）和火焰原子化器，原子化器的作用是向稳定的重金属原子提供一定的能量，使其电子从基态向其他状态跃迁，这一过程会发出特定类型的光波，可被单色器捕捉。纺织物消解液中含有的重金属元素往往不止一种类型，在其受到能量冲击发生跃迁时，就会发出光波，而单色器只能捕捉被检测金属元素的光，不同类型的金属元素发生状态跃迁时吸收的辐射能量也存在差异，根据这一点即可定量地判断出被检测元素是哪一种。可见这种检测方式利用了物理学中能级跃迁的基本原理，这是一种有效的定量检测方法，但在具体应用中也会表现出一定的弊端，主要问题在于检测过程容易受到其他因素的干扰。对于纺织品重金属检测工作而言，化学干扰是最常见的干扰因素，原因在于待检测金属元素在原子化器的作用下容易与其他物质发生化学反应，由此便对检测精度产生了严重的干扰。

3.2.2 原子荧光分光光度法

原子荧光分光光度法使用的主要设备是原子荧光光分度计，其工作流程可划分为以下阶段：激发光源→光学透镜→原子化器→光学透镜→检测器→放大器→数据处理。激发光源主要使用激光、无极放电灯以及高强度空心阴极灯。原子化器的作用与原子吸收分光光度法大致相同，区别在于前者对火焰进行了一定程度的优化设计。除了传统的火焰原子化器，还可使用微波等离子体技术、电热原子化器等，该设备中的光学系统充分利用激光光源的能量接收有价值的荧光信号，同时将杂散光去除。这种检测仪器可用于检测Pb、Hg、Sb、Cd、Sn等类型的重金属元素。原子荧光光度计由国内的科研人员在国际上首创，并且取得了完全的自主知识产权，目前已经在国际上得到了广泛的认可与应用。在纺织品重金属含量检测工作中，可使用这种检测计，但其也具有一定的局限性，如试验环境、用于消解纺织品的酸性介质、原子化器的选型等都会影响最终的测试结果，而还原剂的种类是纺织品重金属含量检测过程中最容易引发结果偏差的因素。

3.2.3 电感耦合等离子体原子发射光谱法

电感耦合等离子体原子发射光谱法使用的主要设备为电感耦合等离子体发射光谱仪，其检测原理在一定程度上与原子吸收分光光度法极为类似，都是要产生一个激发原子能级状态的基本能量，在这里使用电感耦合等离子来完成这一目标。当处于原子态的重金属受到等离子体的能量激发时会产生跃迁现象，测试可得相应的发射光谱线，从能量的大小可判断出是哪一种金属元素被激发（因为每一种元素发生跃迁所需的能量都不相同）。同样，这种检测方式在实际应用过程中也会受到一些因素的干扰，如电离干扰。仪器测得的光谱图中也会含有一定量的干扰性光谱。

4 结语

由于纺织品中可能含有锑、铅、砷等类型的重金属元素，需按照国家规范检测其中的重金属含量，确保其未超标。目前，国家规范对纺织品重金属元素的检测方法作出了明确的规定，指定方法包括原子吸收分光光度法、电感耦合等离子体法等，检测效果各有优劣。无论采用哪一种检测方式，纺织品消解过程都非常关键，推荐采用干法灰化。