Monitoring Heavy Metals by Atomic Absorption Spectroscopy for Compliance with RoHS and WEEE Directives

Význam tématu

Rychlý nárůst elektronických a elektrických zařízení ve spotřebě vede k požadavku na bezpečnou likvidaci a recyklaci vyřazených výrobků. Směrnice RoHS a WEEE Evropské unie stanovují limity pro toxické kovy (Cd, Pb, Hg, Cr) v materiálech elektrických zařízení, aby se minimalizovaly rizika životního prostředí a zdraví populace. Monitorování těchto prvků v polymerech je proto klíčové pro splnění legislativních požadavků.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem předložené studie je porovnat různé postupy přípravy vzorku plastů pro následné stanovení Cd, Pb, Hg a celkového Cr pomocí atomové absorpční spektroskopie (AAS) s grafitovou pecí a generací par rtuti. Studie vychází ze srovnání s výsledky dosaženými technikou ICP-OES a hodnotami certifikovaných referenčních materiálů.

Použitá metodika a instrumentace

Pro přípravu vzorků byly hodnoceny tři metody:

• Metoda EN 1122 (H2SO4–H2O2 digestion)
• HNO3–H2O2 digesce s konvenčním ohřevem
• EPA 3051A (mikrovlnná digesce s HNO3)

Analytická instrumentace:

• Agilent 280Z AA se Zeeman grafitovou pecí a programovatelným dávkovačem PSD 120
• Agilent 280FS AA s VGA 76 pro studium rtuti metodou chlazených par
• Mikrovlnný digesční systém CEM Mars 5 (HNO3) a MARS 5 ESP 1500 Plus (s volitelným ventilem)
• Normované duté katodové lampy pro Cd, Cr a rtut’; lampy UltrAA pro Pb

Hlavní výsledky a diskuse

Porovnáním s referenčními materiály ERM-EC 681 a NMIJ CRM 8102a byly dosaženy následující poznatky:

• Metody HNO3–H2O2 digesce a EPA 3051A poskytly srovnatelné výsledky s certifikovanými hodnotami pro Cr, Cd, Pb a Hg s odchylkou pod 5 %.
• Metoda EN 1122 selhává u Pb kvůli srážení PbSO4 v kyselině sírové.
• Mikrovlnná digesce EPA 3051A je účinnější, nabízí kratší dobu přípravy a minimální ztráty prvků.

Detekční limity instrumentů jsou řádově 0,015 µg/kg pro Cd, 0,089 µg/kg pro Cr, 0,33 µg/kg pro Pb a 0,030 µg/kg pro Hg, tedy výrazně pod limity RoHS/WEEE (100–1000 µg/kg).

Přínosy a praktické využití metody

• Metoda AAS s grafitovou pecí a chlazenou parou rtuti poskytuje vysokou citlivost a selektivitu pro splnění legislativních limitů.
• Mikrovlnná digesce s HNO3 (EPA 3051A) zkracuje dobu analýzy a zjednodušuje práci s rizikovými kyselinami.
• Možnost rutinního QA/QC v průmyslových a zkušebních laboratořích s minimálními provozními náklady oproti ICP-MS.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Automatizace digesce a dávkování vzorků prostřednictvím integrovaných modulů AAS.
• Vývoj modulárních mikrovlnných trubic pro simultánní zpracování více vzorků.
• Výzkum alternativních směsí kyselin a reagentů minimalizujících toxickou zátěž během přípravy.
• Integrace s technikami hmotnostní spektrometrie pro vícekontejnerovou analýzu organických a anorganických kontaminant.

Závěr

Pro spolehlivé stanovení Cd, Pb, Hg a Cr v plastech vyhovuje kombinace mikrovlnné digesce HNO3 (EPA 3051A) a AAS s grafitovou pecí/chlazenou parou rtuti. Vysoká přesnost, nízké detekční limity a legislativní kompatibilita dělají tento přístup optimálním řešením pro průmyslovou a environmentální analýzu.

Reference

1. Ernst T., Popp R., van Eldik R. Quantification of heavy metals for the recycling of waste plastics from the electrotechnical applications. Talanta 2000;53:347–357.
2. Ritter A., Michel E., Schmid M., Affolter S. Interlaboratory test on polymers: determination of heavy metals in polymer matrices. Polymer Testing 2004;23:467–474.
3. US EPA. Method 3060A: Alkaline Digestion for Hexavalent Chromium. 1996.
4. US EPA. Method 7196A: Chromium, Hexavalent (Colorimetric). 1992.
5. US EPA. Method 8082: PCBs by GC. 1996.
6. US EPA. Method 8270C: Semivolatile organics by GC/MS. 1996.
7. Brittain R. Fast, sensitive determination of PBDE by tandem MS. Varian GC/MS App Note 75, 2004.
8. Wolska J. Elemental analysis in the plastic industry. Plastic Additives & Compounding. 2003;50–55.
9. Tran Nahm T. Monitoring Heavy Metals by ICP-OES for Compliance with RoHS and WEEE. Varian ICP-OES App Note 40, 2006.
10. ERM-EC 681 Polyethylene 19. Institute for Reference Materials and Measurements, 2004–2007.
11. NMIJ CRM 8102a ABS resin. National Metrology Institute of Japan, 2003.
12. European Standard EN 1122: Plastic—Determination of Cd—Wet decomposition method, 2001.
13. US EPA Method 3050B: Acid digestion of sediments, sludge, and oils. 1996.
14. US EPA Method 3052: Microwave assisted acid digestion of siliceous and organically based matrices. 1996.
15. US EPA Method 3051A: Microwave assisted acid digestion of sediments, sludge, soils and oils. 1998.