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汽车材料中六价铬的检测方法
来源:上海沐睿 | 作者:沐睿环境-莉哥 | 发布时间: 2021-09-23 | 381 次浏览 | 分享到:

(一)工作简况(包括任务来源、主要工作过程、主要参加单位和工作组 成员及其所做的工作等)  

1.1 任务来源  

随着我国汽车产业的快速发展,汽车产销量和社会保有量持续提高,每年汽车报废量也不断增加。为节约资源,保护环境,建设资源节约型、环境友好型两型社会,落实科学发展观,发改委、科技部和环保总局等三部委于 2006 年联合发布了《汽车产品回收利用技术政策》,以指导汽车生产和销售及相关企业开展并推动汽车产品报废回收工作。为了加强车辆回收利用方面标准的研究制定工作,更好地完成车辆回收利用方面标准的起草任务,国家标准化管理委员会批复全国汽标委于 2008 年 4 月筹备成立了“道路车辆回收利用工作组”,工作组下设“车辆回收与再利用研究”、“禁限用物质控制” 和“零部件再制造”三个标准及技术研究小组。  2019 年工业和信息化部下达了 QC/T 942 《汽车材料中六价铬的检测方法》修订计划,项目编号 2019-0783T-QC。标准性质为汽车行业标准,本标准由中国汽车技术研究 中心有限公司、上海汽车集团股份有限公司等单位负责起草。  


1.2 标准主要编制过程  

1.2.1 标准任务分工  

2019 年工业和信息化部下达了 QC/T 942 《汽车材料中六价铬的检测方法》修订计划,项目编号 2019-0783T-QC。该项目由中国汽车技术研究中心有限公司、上海汽车集团股份有限公司牵头进行修订,在汽标委道路车辆回收利用工作组框架内开展相关工作,来自国内主要整车企业、检测机构及零部件企业联合成立了一个标准起草组,开展标准具体技术内容研究工作,完善标准草稿和编制说明,进行标准征求意见及反馈意见处理等。


1.2.2 标准修订启动会   

2019 年 12 月 13 日,汽标委道路车辆回收利用工作组在天津市召开了《汽车禁用物质要求》&《汽车材料中六价铬的检测方法》标准起草组会议。会议上,起草单位介绍了现行标准中存在的问题,比对了国际上通行的试验方法,同时对第一版工作组讨论稿中修改的地方进行了解释和说明。起草组要求各单位会后针对工作组讨论稿进行意见反馈。  


1.2.3 工作组内征求意见  

2020 年 2 月,标准起草组根据第 2 轮工作反馈意见及起草组会议意见,完成了最新的工作组讨论稿,并在道路车辆回收利用工作组及汽标委整车分标委内征求意见工作。  


(二)标准编制原则和主要内容(如技术指标、参数、公式、性能要求、 试验方法、检验规则等)的论据,解决的主要问题,修订标准时应列出与 原标准的主要差异和水平对比 

1 标准的制订原则  

(1)按照 GB/T1.1《标准化工作导则 第一部分:标准的结构和编写规则》的要求 和规定编写;  

(2)贯彻《标准化法》、《汽车产品回收利用技术政策》和《关于启用并加强汽车零部件再制造产品标志管理与保护的通知》等回收利用相关的法律法规;  

(3)按照《国家标准化体系建设发展规划(2016-2020 年)》、工信部规〔2016〕225 号《工业绿色发展规划(2016-2020 年)》、工信部联节〔2016〕304 号《绿色制造标准体系建设指南》《循环发展引领计划(征求意见稿)》、国发〔2016〕74 号国务院《“十三五”节能减排综合工作方案》、国办发〔2016〕99 号国务院办公厅《生产者责任延伸制度推行方案》等文件精神对汽车行业提出生态设计无害化方面的要求。  

(4)注重标准的可操作性。


2 标准的主要内容 

2.1 标准类型  

2015 年新的《标准化法》发布,强制性国家标准严格限定在安全、健康和环保的范围内。为了保护我国环境和人类健康,提高我国汽车产品竞争力并与国际市场接轨,早在 2014 年,国家就发布了《汽车禁用物质要求》GB/T 30512,同时环境标志产品认证、 CCC 认证和工信部《汽车限制使用有害物质可回收利用管理办法》均引用了该标准。本标准是针对 GB/T 30512 中管控的六价铬的具体检测方法,对违反相关规定的行为进行仲裁提供依据,保证汽车产品在生产、使用和报废回收后,全生命周期内降低对人身健康和环境的危害。  


2.2 标准中的测试方法  

2.2.1 X 射线荧光光谱法  

将制备好的样品置于 X 射线荧光光谱仪样品室内,按所选定的分析模式对样品中的铬含量进行 X 射线荧光光谱分析,并根据筛选限值判断样品中铬含量是否合格以及是否需要进行精确测定。2013 年,国际电工委发布 IEC 62321-3-1:2013《电工产品中某些物质的测定-第 3-1 部分:铅、汞、镉、总铬和总溴的筛选—X 射线荧光光谱法》,内容上较 2008 版本变化不大,该方法作为材料有害物质含量的一种快速筛选方法在行业内被普遍采用。但是考虑到金属防腐镀层难以单独分离,分析过程中存在 X 射线穿透镀层到达基材的问题,对分析结果产生较大影响,故本次修订增加“该方法不适用于金属防 腐镀层分析”。另一方面,该方法分析所得结果是样品所含的总铬而非六价铬,因此只可用于初步定性排查。  

按《汽车禁用物质要求》标准中六价铬(在此按总铬量计)限值为质量分数 0.1 % (1000 mg/kg),设定汽车材料中铬的筛选限值(表 1),根据筛选限值对汽车材料中的 铬元素进行筛选,结果有两种情况:

合格(P)——分析结果都低于设定的最低限,则结果为合格;  

不确定(X)——分析结果高于设定的最低限值,则结果为不确定,需要进行六价铬的测定。


表1 汽车材料中铬含量的筛选限值 

单位:mg/kg  



根据以上研究,经起草组讨论后在工作组内达成共识,本次 QC/T 942 修订中加入对该方法的适用范围要求。

 

2.2.2 金属防腐镀层中六价铬定性试验  

金属防腐镀层中的六价铬与二苯碳酰二肼反应生成紫红色络合物,根据显色反应结果或该络合物在紫外-可见分光光度计 540nm 处的特征吸收峰可以定性显示样品中六价铬的存在。  


2.2.2.1 点滴试验法  

滴 1 滴~5 滴二苯碳酰二肼显色液于样品表面,如果样品表面出现红色或紫红色,则认为镀层含有六价铬,试验结果记为阳性;反之,试验结果记为阴性。如果难以判断试验过程中颜色的变化,则可以在一刚打磨的裸露表面上加一滴六价铬标准溶液,然后将其与一滴二苯碳酰二肼显色液混合,对比试验样品与六价铬标准溶液获得的颜色,如两者颜色一样,或者样品得到的颜色比六价铬标准溶液所获得的颜色还要红,则点滴试验的结果为阳性。如从样品中获得的颜色是清澈(无色)的,则点滴试验结果为阴性。如从样品得到的颜色不如六价铬标准液所获得的颜色红但不清澈,则采用沸水提取法进行试验。  

点滴试验法操作简单、样品需求量小,对于零件数量较少的样品是一种快速的分析方法,经起草组讨论后,将保留此定性测试方法。 


2.2.2.2 沸水萃取法  

从样品上截取镀层面积 1250px2±125px2,在烧杯中煮沸 50mL 水,将样品全部浸没在水中,水沸腾状态下准确浸洗样品 10min±0.5min。取出样品,冷却萃取液至室温,加入 磷酸缓冲液调节 pH 后,再加入二苯碳酰二肼显色液。移取反应液,用分光光度计在 540nm 处测定其吸光度,并与六价铬标准溶液和二苯碳酰二肼反应液吸光度进行对比,若吸光 度值等于或大于六价铬标准溶液所得的值,则认为该样品镀层含有六价铬(阳性)。反之,则认为该样品镀层不含有六价铬(阴性)。

  

2.2.3 金属防腐镀层中六价铬含量测定  

采用沸水萃取法萃取金属防腐镀层样品中的六价铬,调节萃取液的 pH 值,在酸性条件下加入二苯碳酰二肼溶液,萃取液中的六价铬与二苯碳酰二肼反应生成紫红色络合物,在波长 540nm 处进行吸光度测定,通过绘制标准曲线进行六价铬含量测定。  

按式(1)计算金属镀层样品中六价铬的含量:

式中:  

C(VI)——镀层中六价铬浓度,单位为微克每平方厘米(μg/cm2);  

C——样品溶液中六价铬浓度,单位为微克每毫升(μg/ml);  

B——空白溶液中六价铬浓度,单位为微克每毫升(μg/ml);  

V——萃取液体积,单位为毫升(ml);  

A——样品表面积,单位为平方厘米(cm2);  

DF——稀释因子,如果不稀释,DF=1。  

根据国际电工委发布的《IEC 62321-7-1:2015 电子电气产品中特定物质的测定-第 7-1 部分:六价铬-用比色法测定金属材料中无色或有色防腐层中的六价铬(Cr(VI))》。

如果样品测得的吸光度值低于 0.10μg/cm2标准溶液所获得的吸光度值,则表明样品中对于 Cr(VI)的含量是显阴性的,如果样品测得的吸光度值高于 0.13μg/cm2标准溶液所获得的吸光度值,则表明样品中对于 Cr(VI)的含量是显阳性的,如果样品测得的吸光度值介于 0.10μg/cm2和 0.13μg/cm2等价标准溶液所获得的吸光度值区间内,则表明样品处于灰色区域,对于样品中的 Cr(VI)将不下结论。  

根据以上研究,经起草组讨论后在组内达成共识,本次 QC/T 942 修订将完全参考 《IEC 62321-7-1:2015》加入 0.10μg/cm2和 0.13μg/cm2的管控要求,明确金属防腐镀层六价铬检测判定依据;同时考虑到 QC/T 942-2013 版本中镀层重量的测试方法在实际 操作过程中的问题,将对此内容进行删除。 


2.2.4 聚合物材料和电子材料中六价铬含量测定  

使用有机溶剂溶解或者膨胀各种基体的样品后用碱性消解液提取样品中的六价铬, 然后在酸性条件下,二苯卡巴肼与六价铬反应,二苯卡巴肼被氧化成二苯卡巴腙,六价 铬被还原成三价铬。三价铬与二苯卡巴腙进一步反应形成紫红色的络合物,该络合物可用色度计或分光光度计在 540nm 定量测定。  

研究表明,采用有机溶剂/碱性消解液比酸消解能更有效地提取可溶及不可溶样品中的六价铬。而且在碱性条件下,六价铬与三价铬之间的转化也能降到最低。对于如  ABS,PC,PVC 之类的可溶性样品,先使用合适的有机溶剂溶解,然后再使用碱性消解液提取样品中的六价铬。对于不可溶/未知样品,或不含锑(Sb)的电子材料,样品在 150 至 160℃的甲苯/碱消解液中消解。然后分离掉提取液中的有机相,保留无机相作六价铬分析。  

按式(3)计算样品中六价铬的浓度:

式中:

C——样品中六价铬浓度,单位 μg/g;  

A——消解液中六价铬浓度,单位 μg/g 或 μg/mL;  

D——稀释因子;  

F——最终定容体积,单位 mL,或最终定容质量,单位 g;  

S——初始样品质量,单位 g。  

根据以上研究,经起草组讨论后在组内达成共识,本次 QC/T 942 修订将参考《IEC  62321-7-2:2017 电子电气产品中特定物质的测定-第 7-2 部分:六价铬-用比色法测定 聚合物和电子产品中的六价铬(Cr(VI))》对聚合物和电子材料六价铬的测试方法加以区分。  


2.2.5 皮革材料中六价铬含量测定(比色法)  

根据国际标准化组织发布的《EN ISO 17075-1:2017 皮革皮革中铬(VI)含量的化 学测定 第1部分:比色法》,用pH值为7.0~8.0的磷酸盐缓冲液作为萃取液萃取皮革样 品中六价铬,需要时,可用固相提取除去对试验有干扰的物质。萃取液中的六价铬与二苯碳酰二肼反应生成紫红色络合物,用分光光度法在540 nm处进行比色法定量。  按式(4)或式(5)计算样品中六价铬的含量: 

式中:  

w(Cr6+)——样品中六价铬含量,单位为毫克每千克(mg/kg);  

A1——含显色液C的样品溶液吸光度;  

A2——不含显色液C的样品溶液吸光度;  

A3——含显色液C的样品溶液吸光度;  

A4——不含显色液C的样品溶液吸光度;

F——校准曲线斜率,单位为毫升每微克(mL/μg);  

m ——样品的称样质量,单位为克(g);  

V0——初始样品的萃取体积,单位为毫升(mL);  

V1——从初始样品的萃取体积中所移取的试验溶液量,单位为毫升(mL);  

V2——通过固相萃取柱后的总洗脱液(S1)体积,V1经一系列过程被定容为V2,单位为毫升(mL);  

V3——取自S1溶液的溶液体积,单位为毫升(mL);  

V4——取自S1溶液的最终定容体积,单位为毫升(mL)。  

按式(6)计算以绝干质量计算的样品中六价铬含量:  

式中: 

w(Cr6+-dry)——以绝干质量计算的样品中的六价铬含量,单位为质量百分数(%) 或毫克每千克(mg/kg);  

w(Cr6+)——样品中的六价铬含量(以样品实际质量计算),单位为质量百分数(%) 或毫克每千克(mg/kg);  

D——转换成绝干质量的换算系数。  其中:

w——按附录D测得的样品中挥发物含量,单位为百分数(%)。  

根据以上研究,经起草组讨论后在组内达成共识,本次 QC/T 942 将参考《EN ISO  17075-1:2017》版本对皮革中六价铬含量测定进行更新修订。  


2.2.6 皮革材料中六价铬含量测定(色谱法)  

根据国际标准化组织发布的《EN ISO 17075-2:2017 皮革 皮革中铬(VI)含量的化学测定第2部分:色谱法》,用pH 7.0至8.0的磷酸盐缓冲液从样品中提取可萃取的铬 (VI), 使用带有UV-VIS检测器的离子交换色谱法分析滤出液的等分试样提取液中的Cr (VI)。  

按式(8)计算样品中六价铬的含量:

式中:  

w(Cr6+)——样品中六价铬含量,单位为毫克每千克(mg/kg);  

A——是样品提取物色谱图中六价铬峰面积;  

b——是校准曲线的截距(y/x);  

F——校准曲线斜率,单位为毫升每微克(mL/μg);  

m ——样品的称样质量,单位为克(g);  

V0——初始样品的萃取体积,单位为毫升(mL); 

Vc——是校准中的注射量,以微升(μL)表示;  

Vm——是样品分析中的注射量,以微升(μL)表示。  

以绝干质量计算的样品中六价铬含量方法同2.2.5  

QC/T 942-2013版本起草时,ISO 17075-2008为在行版本,不包含本方法,经起草组讨论后在组内达成共识,本次QC/T 942修订将参考《EN ISO 17075-2:2017》版本新增色谱法测定皮革中六价铬含量。 


(三)主要试验(或验证)情况分析  相关试验验证工作正在设计和进行中,后续将进行补充。


(四)明确标准中涉及专利的情况(对于涉及专利的标准项目,应提供全 部专利所有权人的专利许可声明和专利披露声明)   

本标准目前未涉及专利的情况,将在征求意见稿在封面位置注明“在提交反馈意见 时,请将您知道的相关专利连同支持性文件一并附上”。  


(五)预期达到的社会效益、对产业发展的作用等情况  

《汽车材料中六价铬的检测方法》是汽车行业标准,对于进一步加强汽车材料中禁用物质的管控具有重要的作用。与其他先进国家和地区相比,我国对于汽车材料中禁用物质的管控工作起步相对较晚,而且管控范围相对较小。六价铬作为致癌物,已经越来越受到广大人民群众的关注,特别是汽车行业快速发展的今天,人们越来越注重汽车使用中的环保和健康安全问题。此标准的制定,不仅填补了行业空白,而且针对汽车材料的多样性也提供了多种相对应的检测方法,更重要的是可以更好地配合《汽车禁用物要求》的修订和实施,加强了汽车材料禁用物质管控范围和力度。 

《汽车材料中六价铬的检测方法》的制定和实施,不仅推动汽车产业的绿色发展, 促进汽车产品无害化的正向开发,提高汽车产品回收利用效率,而且将进一步降低广大消费者和人民群众在使用汽车时由于禁用物质而导致的潜在身体伤害风险,这将对全社会和汽车行业产生积极的影响和作用。 


 (六)采用国际标准和国外先进标准情况,与国际、国外同类标准水平的 对比情况,国内外关键指标对比分析或与测试的国外样品、样机的相关数 据对比情况  

国内先进水平。


(七)采用国际标准和国外先进标准的情况 

无。  


(八)在标准体系中的位置,与现行相关法律、法规、规章及标准,特别是强制性标准的协调性  

本标准在道路车辆回收利用标准体系中的位置如表 2 所示。  


表 2 道路车辆回收利用标准体系



(九)重大分歧意见的处理经过和依据   

无。  


十)标准性质的建议说明   

本标准建议以汽车行业标准实施。  


(十一)贯彻标准的要求和措施建议(包括组织措施、技术措施、过渡办法、实施日期等)   

建议与 GB 30512 同时实施,作为 GB 30512 配套标准使用。  


(十二)废止现行相关标准的建议   

无。  


(十三)其他应予说明的事项   

无。



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