高孙慧

高孙慧 ¹

摘 要 为建立聚酯切片中铁含量的精准测定方法，本研究采用微波消解—火焰原子吸收光谱法作为检测手段，系统探索该方法测定聚酯切片中铁含量的最佳工作条件。结果表明，铁元素的最优测试波长为248.3 nm；铁标准溶液在0.00～2.50 mg·L^-1浓度范围内线性关系良好，线性方程为Y = 0.01430X－0.000095，相关系数r = 0.9996；加标回收率介于99.2%～103.0%之间，方法精密度相对标准偏差（Relative Standard Deviation，RSD）＜5%。通过对3种聚酯切片样品进行6组平行实验，每种样品重复3次，并与GB/T 14190—2017《纤维级聚酯切片（PET）试验方法》第5.11条规定的紫外分光光度计法进行比对，结果显示2种方法的检测结果无显著差异（P＞0.05）。稳定性试验表明，样品溶液在24 h内的吸光度变化率＜2%，方法稳定性优异。该方法具有高效快捷、高灵敏度与操作简便的优势，检测结果准确可靠，可为聚酯切片中铁含量的测定提供科学、实用的参考方法。

关键词 微波消解；火焰原子吸收；聚酯切片；铁含量

Research on Determination of Iron Content in Polyester Chips by Microwave Digestion-Flame Atomic Absorption Spectrometry

GAO Sun-Hui ¹

Abstract To establish an accurate method for determining the iron content in polyester chips, this study adopted microwave digestion-flame atomic absorption spectrometry as the detection technique, and systematically explored the optimal operating conditions of this method. The results showed that the optimal test wavelength for iron was 248.3 nm; the iron standard solution exhibited a good linear relationship in the concentration range of 0.00-2.50 mg·L^-1, with a linear regression equation of Y = 0.01430X－0.000095 and a correlation coefficient of r = 0.9996. The spiked recovery rate ranged from 99.2% to 103.0%, and the relative standard deviation (RSD) of the method was less than 5%. Six groups of parallel experiments were conducted on three types of polyester chip samples, with three repetitions for each sample. The results were compared with those obtained using the ultraviolet spectrophotometric method specified in Clause 5.11 of the national standard GB/T 14190—2017 Test Methods for Fiber-Grade Polyester Chips (PET). No significant difference was observed between the two methods (P＞0.05). Stability experiments demonstrated that the absorbance variation of the sample solution within 24 hours was less than 2%, indicating excellent stability. Overall, this method features high efficiency, high sensitivity, and simple operation. The results are accurate and reliable, providing a scientific and practical approach for the determination of iron content in polyester chips.

Keywords microwave digestion; flame atomic absorption; polyester chips; iron content

第一作者：高孙慧（1990—），女，汉族，海南东方人，本科，工程师，高级信息系统项目管理师，主要从事石油化工和矿产品检测工作，E-mail: 272995193@qq.com

1. 海口海关技术中心 海口 570311

1. Technology Center of Haikou Customs District, Haikou 570311

聚酯切片是化纤、包装、纺织等行业的关键原料，其铁含量直接影响产品纯度与加工性能，铁含量过高易导致聚酯成品出现色点、断丝等缺陷，同时加剧生产设备腐蚀，影响生产效率^[1-3]。

目前国内现行标准方法为GB/T 14190—2017《纤维级聚酯切片（PET）试验方法》第5.11条规定的紫外分光光度法^[4]，该方法在实际应用中，前处理过程需反复调节溶液pH值至特定范围，易受样品均匀性、水质pH值波动及溶液底色等因素干扰。此外，单个样品检测周期达8 h，试剂消耗量大，难以满足口岸大批量样品的快速筛查需求。相比之下，微波消解法具有消解彻底、前处理效率高、试剂用量少等优点；火焰原子吸收光谱法则具备高灵敏度、操作简便、抗干扰能力强等特性，已在金属元素检测中取得广泛应用^[5-7]。本研究针对海关监管工作的实际需求，将微波消解与火焰原子吸收光谱法相结合，建立一种适用于口岸快速检测的高效方法，以期提升检测方法的应用效率^[8-10]。

1 试验部分

1.1 仪器与试剂

1.1.1 仪器

火焰原子吸收光谱仪（ZA3300，日本HITACHI公司）；高压微波消解仪（XT-IMD，睿科集团RayKol公司）；电子分析天平〔ME104，实际分度值：0.1 mg，梅特勒—托利多仪器（上海）有限公司〕；铁空心阴极灯（北京有色金属研究总院）；移液枪（100～1000 μL，SOCOREX公司）；马弗炉（SX2-4-10，上海精宏实验设备有限公司）；温控电热板（EH45B，莱伯泰科仪器股份有限公司）；50 mL容量瓶（A级）；高压微波消解罐（聚四氟乙烯材质）；紫外分光光度计（UV-2600，日本岛津公司）。

1.1.2 试剂

铁单元素溶液标准物质（100 μg·mL^-1，20 mL/瓶，GBW（E）080123，中国计量科学研究院）；硝酸（优级纯GR，500 mL，国药集团试剂有限公司）；盐酸（分析纯AR，500 mL，国药集团试剂有限公司）；邻菲啰啉（分析纯AR，国药集团化学试剂有限公司）；乙酸铵（分析纯AR，国药集团化学试剂有限公司）；实验用水为超纯水（电阻率≥18.2 MΩ·cm）。

1.2 溶液配制

1.2.1 铁标准溶液配制

用移液枪分别量取100 μg·mL^-1铁单元素溶液标准物质0.00 mL、0.25 mL、0.50 mL、0.75 mL、1.00 mL、1.25 mL分别置于6个50 mL A级容量瓶中，以超纯水定容至刻度，摇匀，即得浓度为0.00 mg·L^-1、0.50 mg·L^-1、1.00 mg·L^-1、1.50 mg·L^-1、2.00 mg·L^-1、2.50 mg·L^-1的铁标准系列溶液，现配现用。

1.2.2 紫外分光光度计法专用试剂配制

邻菲啰啉显色剂：称取0.1 g邻菲啰啉，溶于100 mL超纯水，超声溶解后备用；乙酸铵缓冲溶液：称取250 g乙酸铵，溶于500 mL超纯水，调节pH值至4.5，定容至1000 mL。

1.3 样品前处理

1.3.1 微波消解—火焰原子吸收光谱法

（1）灼烧：称取约0.0250 g（精确至0.0001 g）聚酯切片样品，置于瓷坩埚中，放入马弗炉，从室温升至550℃，保持2 h，待样品完全灰化后，自然冷却至室温。

（2）消解：将灰化残余物转移至高压微波消解罐，用1.0 mL盐酸（1∶1，V/V）分2次洗涤坩埚，洗涤液并入消解罐，加入8 mL优级纯硝酸。

（3）微波消解：按表1程序进行消解，冷却后取出，置于温控电热板120℃赶酸至1 mL左右。

（4）定容：冷却后转移至50 mL容量瓶，用超纯水洗涤消解罐3次，合并洗液定容，摇匀。同时，做空白试验，不加样品，其余步骤相同。

表1 高压微波消解仪设置程序

Table 1 Setup program for high-pressure microwave digester

1.3.2 紫外分光光度计法

（1）称取0.5 g聚酯切片样品，置于250 mL烧杯，加入20 mL浓硫酸，加热至样品完全炭化。

（2）加入5 mL硝酸，继续加热至白烟冒尽，冷却后加入50 mL超纯水。

（3）用氨水调节pH值至2～3，转移至100 mL容量瓶，加入5 mL邻菲啰啉显色剂、10 mL乙酸铵缓冲溶液，定容摇匀，静置15 min后检测。

以上2种方法前处理差异说明：微波消解—火焰原子吸收光谱法采用“马弗炉灰化+微波消解”联用技术，无需调节pH值，消解效率高且抗干扰能力强；紫外分光光度计法采用“浓硫酸炭化+硝酸消解”的湿法消解，需严格控制pH值在2～3之间以满足显色反应要求，避免受到基质干扰。

1.4 火焰原子吸收光谱仪操作步骤

（1）开启稳压电源，稳定至AC220 V，启动计算机及光谱仪主机，等待仪器自检完成。

（2）打开通风设备，启动操作软件，建立火焰分析方法，设定参数，见表2。

（3）打开空气压缩机，调节压力至0.3 MPa；打开乙炔气阀，调节压力至0.08～0.1 MPa，确认水封正常。

（4）关闭火焰系统门，按下主机“FLAME ON/OFF”按钮2 s，选择“整体系统的漏气确认”，完成后打开气体总阀门。

（5）再次按下“FLAME ON/OFF”按钮点火，将吸液毛细管放入超纯水，基线稳定后开始检测。

（6）按浓度从低到高依次测定铁标准系列溶液，再测定样品溶液及空白溶液，每个样品重复测定3次，取平均值。

（7）检测完毕，吸喷超纯水清洗15 min，取出毛细管，按红色按钮熄火，依次关闭乙炔气阀、空气压缩机、光谱仪及计算机。

表2 火焰原子吸收光谱仪测定条件

Table 2 Measurement conditions of flame atomic absorption spectrometer

1.5 稳定性试验设计

取同一全消光聚酯切片样品，按本方法前处理步骤制备6份平行样品溶液，分别在0 h、4 h、8 h、12 h、16 h、24 h时进行吸光度测定，计算不同时间点吸光度的相对标准偏差（Relative Standard Deviation，RSD），验证样品溶液的稳定性。

2 结果与讨论

2.1 铁标准溶液线性关系

按上述仪器条件测定铁标准系列溶液，以铁浓度（X，mg·L^-1）为横坐标、吸光度（Y）为纵坐标绘制线性曲线（图1）。如图1所示，铁元素在0.00～2.50 mg·L^-1范围内线性关系良好，线性方程为Y = 0.01430X－0.000095，相关系数r = 0.9996，满足痕量分析对线性相关系数≥0.999的要求，表明该方法在选定浓度范围内定量准确性可靠。

2.2 样品检测结果与方法比对

选取有光、半消光、全消光3种聚酯切片样品，每种样品按微波消解—火焰原子吸收光谱法与紫外分光光度计法分别进行3次平行检测，结果见表3。如表3所示，微波消解—火焰原子吸收光谱法测定结果与紫外分光光度计法测定结果的绝对偏差均＜0.05 mg·L^-1，RSD＜5%。其中，微波消解—火焰原子吸收光谱法测定结果的RSD为2.11%～3.50%，紫外分光光度计法为2.83%～4.12%，说明微波消解—火焰原子吸收光谱法精密度优于紫外分光光度计法，这得益于微波消解的均匀性及火焰原子吸收光谱法的抗干扰优势。对这两种方法的样品平均测定值进行双侧配对样本t检验（n = 3，df = 2，95%置信水平），计算得t = 4.24＜t_0.02/2,2=4.303，对应P＞0.05，表明两种方法的检测结果无显著性差异，测定结果具有良好的一致性与准确性。

2.3 加标回收试验

取全消光聚酯切片样品溶液，分别加入低、中、高3个水平的铁标准溶液，每个水平进行3次平行测定，计算加标回收率，结果见表4。如表4所示，加标回收率在99.2%～103.0%范围内，平均回收率为100.9%，RSD为1.00%～1.78%，符合痕量分析回收率95%～105%的要求，表明微波消解—火焰原子吸收光谱法准确度高，无明显系统误差，可有效用于聚酯切片中铁含量的定量分析。

2.4 稳定性试验

为考察样品溶液在室温条件下的放置稳定性，确保批量样品检测时结果准确性与操作便捷性，取同一聚酯切片样品经微波消解处理后的待测液，分别在0 h、4 h、8 h、12 h、16 h、24 h的时间节点，按上述优化后的仪器条件进行吸光度重复测定（每组平行测定3次，取平均值），考察不同放置时间对吸光度测定结果的影响，结果见表5。如表5所示，样品溶液在24 h放置周期内，吸光度测定值从0 h的0.035平稳变化至24 h的0.033，绝对变化值始终≤0.002，RSD = 2.15%，远低于痕量分析中RSD≤5%的允许范围。该结果表明，聚酯切片样品消解后的待测液在室温条件下稳定性良好，无明显吸光度衰减或干扰物质生成现象，测定结果的重复性与可靠性均满足技术要求。

2.5 两种方法前处理与检测效率对比

微波消解—火焰原子吸收光谱法与紫外分光光度计法在核心检测指标无显著差异的前提下，前处理与检测效率存在明显区别，具体对比见表6。微波消解—火焰原子吸收光谱法通过灰化—微波消解联用技术，省去了紫外分光光度计法中pH值调节、显色反应静置等步骤，单样品检测周期从8 h缩短至4 h内，试剂消耗量减少60%，且无需使用氨水、邻菲啰啉等易变质、需现配的试剂，试剂保存与使用更便捷。同时，微波消解—火焰原子吸收光谱法前处理无需精准调控pH值，降低了人为操作误差，更适合大批量样品的快速检测，大幅提升了口岸检验监管工作效率。

3 结论

本研究建立了微波消解—火焰原子吸收光谱法测定聚酯切片中铁含量的检测方法，明确了550℃灼烧2 h的前处理关键条件，确定铁元素最优检测波长为248.3 nm。实验证明，铁标准溶液在0.00～2.50 mg·L^-1范围内线性关系良好（Y = 0.01430X－0.000095，r = 0.9996），加标回收率稳定在99.2%～103.0%之间，方法精密度RSD＜5%；稳定性试验表明样品溶液24 h内吸光度变化率＜2%，完全满足痕量分析对准确性与稳定性的技术要求。通过有光、半消光、全消光3种聚酯切片样品的平行检测（每种样品3次重复），与国标GB/T 14190—2017紫外分光光度计法开展比对实验，两种方法检测结果无显著差异（P＞0.05）。本方法在前处理环节无需精准调节pH值，试剂消耗量较国标法减少60%，单样品检测周期缩短至4 h内，操作更简便、基质抗干扰能力更强。两种方法前处理存在本质差异：紫外分光光度计法采用浓硫酸炭化—硝酸湿法消解，依赖pH值2～3的精准调控实现显色反应；而本方法采用灰化—微波消解联用技术，样品消解更完全且无需显色步骤，从根源上降低了环境与基质干扰。本方法可精准适配海关对于进出口聚酯切片批量、快速、精准的检验监管需求，可有效应用于进出口聚酯切片的铁含量快速筛查与定量检测，为口岸监管、规范进出口贸易秩序提供了高效实用的技术支撑。同时，该方法操作简便、检测成本更低，也可推广至聚酯行业生产全流程的原料质量监控，对提升聚酯产品品质、降低生产设备损耗具有实际应用价值，兼具口岸监管与工业生产的推广意义。

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图1 铁标准溶液线性曲线

Fig.1 Linear curve of iron standard solution

表3 微波消解—火焰原子吸收光谱法与紫外分光光度计法检测结果对比（n = 3）

Table 3 Comparison of the detection results of the two methods (n = 3)

表4 加标回收试验结果及回收率

Table 4 Results and recovery rates of the spiked recovery test

表5 样品溶液24 h稳定性测试结果

Table 5 Stability test results of sample solutions at 24 hours

注: 变化率计算公式为: (0 h吸光度－对应时间点吸光度)/ 0 h吸光度×100%; 相对标准偏差RSD = 2.15% (n = 6).

表6 微波消解—火焰原子吸收光谱法与紫外分光光度计法前处理与检测效率对比

Table 6 Comparative analysis of pretreatment efficiency and detection performance between the two methods