確定樣品處理方法的原則與依據
樣品處理是整個分析測試過程中的一個重要環節,其目的是利用各種化學方法將待測元素從固(液)態試樣中定量地以離子形式轉入測試溶液。選擇合理的樣品分解方法,可使分析手續大大簡化,使分析方法的適應性、準確性大大提高。 設計*佳樣品處理的原則是:
① 保證樣品中的被測元素全部定量地轉入試液,即樣品分解要完全;
② 避免樣品處理過程中引入干擾元素,同時要有利于除去干擾元素;
③ 分解方法要盡量簡便,易操作,經濟、迅速、**,盡量減少對環境的污染;
④ 便于成批處理試樣。
要設計出符合這些條件的樣品處理方法,必須深入了解:
a)被測元素及其化合物的物理化學性質;
b)被測元素在樣品中的含量范圍、賦存形態;
c)樣品基體組成和性質;
d)采用的*終的測試方法和技術。
以國內外測定As、Se和Hg所用樣品各種處理方法為例
國內外測定各種樣品中As、Se和Hg,所采用的樣品處理方法大致分為三類: 1)濕法酸/堿分解;
2)密閉體系燃燒法(氧彈燃燒法);
3)燒結(半熔)法。
在對煤中的微量元素進行定性定量檢測的過程中,樣品的前處理往往比檢測技術本身還重要。尤其是對于各種原子光譜技術,一般必需制成液體樣品進樣或液體進樣時才能達到較高的準確度。為保證檢測的準確性,在使組成復雜的煤樣品充分溶解的同時,又要避免待檢測元素易揮發的單質或化合物形式的損失。目前國內外還有以下幾種方法:
(1)封溶坩堝直接消解。
該方法系采用密閉容器,用混酸直接分解樣品,同時使用微波爐等加熱消解。具有稱樣量少、溶解效率高、操作簡單、**,便于控制、避免揮發的優點;但直接分解法不可避免地有分解不完全的缺點。檢測燃燒后的煤灰或煤抽提液樣品中的微量元素時常用這種方法。
(2)低溫灰化法。
采用等離子體技術在150℃左右使樣品灰化,再在聚四氟乙烯容器中用混酸分解。該方法是目前公認的較好的預處理技術,但也有設備運行成本高、耗時長等缺點。
濕法酸分解
測定地質樣品,常采用HNO3-HF-HClO4體系進行酸溶,用該法分解樣品時,若加熱強度稍大,蒸發過干,則樣品中的部分Se會揮發損失。原因可能是樣品被酸分解生成的Se(ClO4)2可分解為HCl和SeO2,這兩種化合物可以反應生成在較低溫度下可升華的SeCl2。據資料介紹,當處理樣品時,蒸發至干,樣品中Se可損失40%左右。因此,用該法分解試樣,必須小心掌握加熱溫度和時間,蒸到1~2mL透明溶液時,即應停止加熱。還有采用HNO3-H2SO4體系酸溶以及HNO3-HClO4體系分解。濕法分解操作手續比較繁雜,且伴隨酸霧揮發到大氣,對環境保護不利。另外,對煤而言,由于煤中含有的大量有機物質,給酸分解帶來不便。
氧彈燃燒法
該法是將煤樣置于充滿高壓氧的不銹鋼彈筒內,通電點燃煤樣,煤中有機質充分燃燒,無機礦物質也發生氧化、分解等反應;煤中Se元素轉化為氧化物,再以氣態形式被溶解到彈筒內的吸收液(水或稀堿)中。國外有的實驗室采用此法測煤中Se。其優點是樣品處理除氧外,不引入其它試劑,減少了引入干擾元素的機會。缺點是對高灰煤可能分解不完全(不能完全燃燒),可導致分析結果偏低;操作較麻煩,處理樣品效率較低;不利于成批分解樣品。
燒結(半熔)法
該法利用艾氏劑與試樣混合均勻,加熱灼燒,使煤中As、Se被氧化為氧化物,繼而與Na2CO3、MgO反應形成砷酸鹽和硒酸鹽。然后用HCl 溶解灼燒物, As、Se以離子形式轉入溶液。以煤中為例,反應方程式為:
該法優點是操作方便易行,便于成批處理分解樣品,只要正確控制灼燒條件,被測元素可定量轉化??紤]到目前煤中其它元素分析標準中,有多種采用艾氏劑半熔分解煤樣的方法,分析人員易于接受,工作效率較高;國家標準及美國標準也采用艾氏劑半熔法處理樣品。通過對多種處理方法的比較,本試驗采用半熔法處理樣品。 為使被測元素從灼燒后的試樣中轉入溶液,須用合適的酸將灼燒物溶解。為此,還要就酸的種類及加酸方式進行實驗。
酸的種類
使用不同的酸來處理樣品對結果有影響,因此試驗考察了HCl、H2SO4和HNO3在處理灼燒物的溶解情況以及對測定的影響。
H2SO4:試驗發現用H2SO4溶解灼燒物會導致CaSO4沉淀,另外H2SO4中含As、Se較高,導致空白過高,若預先除去,又增加了實驗工作量,因此,不宜選擇H2SO4作為溶解用酸。
HNO3:試驗發現HNO3溶樣時,原子吸收信號比HCl介質低,其原因可能是HNO3作為氧化劑與樣品中還原物質反應,形成亞硝酸,NO2-對Se的氫化物形成有抑制作用。國外有的實驗室采用HNO3作介質進行Se的氫化物發生原子吸收測定,以降低靈敏度為代價,換取較好的穩定性。
HCl:使用HCl溶解灼燒物是國內外普遍采用的方法。氯化物大都為易溶鹽,HCl有還原性,是將Se6+還原為Se4+的還原劑,HCl中的 As、Se含量很少,試劑空白低,對測定有利,本法采用HCl溶解灼燒物。