摘 要：PPR 管材因其自身的特点，广泛应用于各类建筑物的冷热水系统。但 PPR 专用料的生产难度非常大，工艺控制要求苛刻。本文介绍了通过应用珀金埃尔默ICP-OES测定反应器中 PPR 粉料金属含量来判断各反应器的停留时间、聚合量，从而调节 PPR 的无规度比值，提升 PPR 产品质量的方法。本测试方法包括样品的预处理、元素最佳分析线的制定、样品中元素的测定等。讨论了共存元素、酸度对测试结果的影响，对方法的准确度、检出限、精密度进行了分析，方法能够准确、快速地测定过程产品中金属元素的含量，为 PPR 开发中工艺控制提供强有力的数据支撑。
关键词：ICP-OES PPR管材专用料 开发 应用
1 前言聚丙烯管道在国外使用始于20世纪80年代。国外原料制造商和管道工程界已合作开发出第一代均聚聚丙烯管材(PPH)、第二代嵌段共聚聚丙烯管材(PPB)、第三代无规共聚聚丙烯管材(PPR)专用料。由于PPR是乙丙无规共聚物，相对于其他聚丙烯而言具有更好的机械性能、更高的拉伸屈服强度和抗冲击性能。PPR管材具有重量轻、耐腐蚀、不结垢、使用寿命长等特点，是冷热水输送管的选材[1]。随着人们生活水平、环保意识的提高以及对健康的关注，在给排水领域掀起了一场建材行业的绿色革命，市场对无污染的新型给排水PPR管材的需求越来越多，国内众多石化企业都加速了此类专用料的开发。PPR管材专用料的主要特点是：相对分子质量较高，因而具有较小的熔体质量流动速率值(简称MFR)(0.5 /lOmin以下)及较好的机械性能；同时由于乙烯随机嵌入丙烯长链中，增大了分子间的缠绕性，因而具有耐环境应力开裂性及抗蠕变性[2]。因此也是聚丙烯产品中生产难度最大的一种，工艺控制要求苛刻[3]。在检测手段方面，电感耦合等离子体（ICP）发射光谱仪自1975年问世以来，就因其检测限低、精度高、浓度的测定线性范围广、样品成分之间的相互干扰小等优点，在微量元素同时测定方面成为其它分析技术如原子吸收光谱、X射线荧光光谱等方法一种分析手段。77 第十五届原子光谱用户会论文集扬子石化开发的PPR管材专用料采用四个反应釜串联工艺，利用ICP-OES对每个反应釜粉料进行金属离子测定，可以有效地推断催化剂在各个反应釜内的停留时间、聚合量，控制各反应器乙烯加入量，达到调节各反应器无规度比值，提升产品质量的目的。
2 试验部分2.1仪器及试剂电感耦合等离子体发射光谱仪（ICP-OES） OPTIMA8000 美国PerkinElmer公司电热板 温度范围0-250℃ 美国莱伯泰科公司马弗炉 CWF11/13B 英国CARBOLITE公司 （双蒸馏水）自动纯水蒸馏器A4000D 英国STUART公司 铁、钙、镁、铝、钛单元素标准溶液 1000 mg/L 国家标准物质研究中心盐酸及硝酸 优级纯 市售2.2 ICP-OES工作条件高频发生器入射功率 1300W 观察高度 15mm 等离子气流量 15L/min 辅助气流量 0.3L/min 雾化气流量 0.8L/min 蠕动泵泵速 1.5ml/min 2.3 样品预处理 样品采用干法灰化法。准确称取15克左右PPR样品于100毫升石英坩埚中，放置于电炉上加热至有烟气产生时，用定性滤纸将其引燃，燃烧至烬，随后将坩埚移至马弗炉（箱式电阻炉）内，550℃煅烧3小时；冷却后取出加入10毫升1:1（体积比）盐酸，在140℃电热板上加热至1-2毫升，最后用二次蒸馏水定容至10毫升。同时制备样品空白。2.4 元素最佳分析线将Fe、Ca、Mg、Al、Ti各单元素标准溶液配制出浓度分别为0、2、10ppm的混合标准溶液，以体积分数5%硝酸溶液为空白测得校准曲线，利用Winlab32软件中examine所提供的功能，逐一检查各元素波长的情况，得到各金属元素的最佳分析线见表-1。
2.5 样品中元素的测定开启 ICP，待仪器点火及初始化完成后，建立标准工作曲线，将各个样品信息分别输入ICP 的工作软件。在与制作标准曲线相同的工作条件下逐一测试样品及其空白，计算机将自动计算出样品中的各金属含量。
3.结果与讨论3.1 共存元素的影响PPR 专用料生产过程金属元素主要来源于设备、催化剂、助剂或添加剂，有铁、钙、镁、铝、钛等，随着各反应釜内反应程度的不同，其中含有的金属元素也会有相应地变化。通常在样品处理过程中，通过取样量、最后溶液定容量将各元素的含量控制在 0.1-100ug/g 之间，在这种情况下，实验考察共存元素间的干扰，结果表明共存元素间无相互干扰现象。3.2 酸度的影响为了考察酸度对测试结果的影响，试验中配制一系列含有同样浓度的 Fe、Ca、Mg、Al、Ti 各元素的标样，分别加入不同量的盐酸，其酸度变化体积比分别为 1%、2%、3%、4%、5%。在*相同的仪器操作条件下用等离子发射光谱仪测定这 5 组溶液中各元素的谱线强度，结果表明，随着酸浓度的增加，各个元素的谱线强度呈减弱的趋势。当酸度增加到一定的范围，谱线强度下降不再明显。无机酸浓度的增加将改变溶液的物理特性，致使提升量下降，并且因为酸的解离消耗能量而降低等离子体的温度，所以总体效应使谱线强度减弱。因此，在试验中应尽量保持标准、空白和试液酸度的一致。3.3 加标回收率及准确度为了考察测试结果的准确性，取 PPR 管材专用料样品 15g，加入混合标准溶液 2.O0 mL后，按 2.3 方法进行样品预处理后，实验结果见表-2，回收率在 98-102 之间，仪器精密度均小于 1%,说明方法的准确度很好，能够满足测试的要求。
3.4 方法的检出限 取1O次测定试剂空白液的结果及3次测定10mg/L各元素标准溶液的结果，按下式计算检出限[4]：DL(ug／L)=[3 δB／(S-B)]×10000 式中：δB为试剂空白的标准偏差，ug/L；S为10ug/L各元素标准溶液的CPS(counts per second，信号强度单位)；B为试剂空白的CPS。表-3 各元素的检出限DL
4.结论在 PPR 管材专用料的开发、生产过程中，采用电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-OES)能够准确、快速地测定过程产品中金属元素的含量，为调整、优化工艺参数提供强有力的数据支撑，为最终生产出满足质量要求的 PPR 管材专用料保驾护航。
参考文献：[1]张庆民 许普等.PPR管材专用料的结构与性能.石油化工高等学校学报，2006年3月第19卷第1期61页[2]杨爱武，柏基业，梅利，等．给水用PPR管材专用料的研制[J]．现代塑料加工应用，2002，14(3)：5-8．[3]李闻芝.PPR管材业发展—原料和标准两手抓.化工管理，2013年12月38页[4]Yokogawa Analytical Systems Inc．HP4500 Application Handbook[M]．Japan：HP company，1999：l-24．
