電感耦合等離子體發(fā)射光譜(ICP-OES)同時(shí)測(cè)定煤基活性炭中鉛、鋅、銻、鎳、硒、鎘、鉻、錳、鑭、砷、鋁、鐵 12種元素

王 楠

(中車大同電力機(jī)車有限公司，山西 大同 037038)

電感耦合等離子體發(fā)射光譜(ICP-OES)同時(shí)測(cè)定煤基活性炭中鉛、鋅、銻、鎳、硒、鎘、鉻、錳、鑭、砷、鋁、鐵12種元素

王 楠

(中車大同電力機(jī)車有限公司，山西大同037038)

使用ICP-OES同時(shí)測(cè)定活性炭中Pb、Zn、Sb、Ni、Se、Cd、Cr、Mn、La、As、Al和Fe等12種金屬元素。采用高氯酸和硝酸處理樣品，以硝酸作為測(cè)定介質(zhì)，在選定的儀器工作條件下直接進(jìn)行測(cè)定。各元素的測(cè)定檢出限為0.002～0.068 μg/mL，相對(duì)偏差(RSD，n=6)為0.19%～2.28%。對(duì)樣品進(jìn)行加標(biāo)回收試驗(yàn)，回收率在95.36%～109.44%之間。結(jié)果表明，使用ICP-OES法測(cè)定活性炭中金屬元素具有較好的精密度和準(zhǔn)確度，可以滿足活性炭和以活性炭為載體的催化劑雜質(zhì)元素分析的要求。

電感耦合等離子體發(fā)射光譜法；活性炭；金屬元素；同時(shí)測(cè)定

活性炭由于其比表面積大、機(jī)械強(qiáng)度高、吸附性能好等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于各類催化劑的載體[1-3]。其中雜質(zhì)元素的含量可直接影響到催化劑的催化性能[4]，因此，活性炭中各雜質(zhì)元素含量的測(cè)定顯得尤為重要。對(duì)于活性炭中砷、鉻、鋅、鎳、鉛、硒、銻、錳、鋁、鑭、鎘、鐵等元素，往往采用分光光度計(jì)、原子吸收法等，測(cè)定過(guò)程繁瑣且精確度較低。本文參照有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，采用ICP-OES法對(duì)活性炭樣品中的12種金屬元素進(jìn)行了測(cè)定及加標(biāo)回收率實(shí)驗(yàn)，考察了譜線干擾的影響，優(yōu)化了工作條件，其結(jié)果可滿足測(cè)定要求。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器的工作條件

采用Prodigy 7立曼等離子光譜儀(美國(guó)Leeman Labs公司)。儀器參數(shù)采用多元素優(yōu)化的折中條件，見(jiàn)表1。

表1 最佳儀器條件

1.2 試劑和標(biāo)準(zhǔn)溶液

硝酸、鹽酸和氫氟酸均為優(yōu)純級(jí)，標(biāo)準(zhǔn)溶液為國(guó)家鋼鐵材料測(cè)試中心鋼鐵研究總院配制，除了銻濃度值為500 mg·L-1，其余均為1000 mg·L-1，以純水稀釋配制成系列濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液。氬氣：鋼瓶氣，純度>99.99%。H2O2。二級(jí)RO水。

1.3 測(cè)定方法

本試驗(yàn)樣品測(cè)定方法參照標(biāo)準(zhǔn)ASTM-D6357-2011[5]，采用馬弗爐對(duì)活性炭樣品進(jìn)行高溫灰化。灰化的目的，是去除活性炭中的有機(jī)物質(zhì)，使金屬轉(zhuǎn)化成氧化物或鹽，這樣有利于把各種元素轉(zhuǎn)化成離子，容易測(cè)定。稱取足量活性炭樣品(5g左右)于50 mL坩堝中，精確至0.1 mg。將坩堝置于降到常溫的馬弗爐中，使?fàn)t溫在不少于1 h時(shí)間內(nèi)升至300℃，保持1 h，然后繼續(xù)升溫至500℃，并在此溫度下灼燒至少2 h，期間搖晃樣品數(shù)次，當(dāng)看不到明顯碳物質(zhì)時(shí)，表明灰化完全。置于500℃馬弗爐中灼燒1 h。等灰冷卻下來(lái)，置于干燥器中。

準(zhǔn)確稱取0.3 g灰分樣品(精確至0.0001 g)，置于200 mL聚四氟乙烯燒杯中，加入20 mL王水及20 mL氫氟酸。將燒杯置于130～150℃電熱板上緩緩加熱混合物蒸發(fā)至近干，用少量水將掛在燒杯壁上的水珠沖下，繼續(xù)加熱至白煙基本冒盡。將燒杯從電熱板上移走，冷卻至室溫。加入少量硝酸溶解并移入100 mL容量瓶中，用5%硝酸稀釋至刻度并混勻，待測(cè)。在儀器最佳條件下，測(cè)定3次取平均值，由工作曲線計(jì)算試樣的金屬元素含量。

1.4 混合標(biāo)準(zhǔn)溶液

ICP-OES法具有同時(shí)測(cè)定多種元素的能力，測(cè)定時(shí)可使用多元素混合標(biāo)準(zhǔn)溶液[6]。將標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液用純水逐級(jí)稀釋，混合。各元素配置濃度見(jiàn)表2。

表2 標(biāo)準(zhǔn)溶液系列含量(μg·mL-1)

1.5 測(cè)定

開(kāi)機(jī)，儀器點(diǎn)火后穩(wěn)定0.5 h，當(dāng)儀器各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到測(cè)定要求后，編輯測(cè)定方法及選擇各測(cè)定元素，將試劑空白、標(biāo)準(zhǔn)系列、樣品溶液分別引入儀器。由SALSA軟件繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線、得到回歸方程Y = aX + b。

2 結(jié)果與討論

2.1 元素的分析譜線

表3 各元素的分析譜線及檢出限

分析線的選擇，直接影響到測(cè)定結(jié)果的準(zhǔn)確性，選擇被測(cè)元素的分析線須考慮其靈敏度、背景干擾等因素。根據(jù)ICP-OES譜圖分析結(jié)果，首先考慮選擇元素的靈敏線，同時(shí)考慮干擾情況，對(duì)每個(gè)元素均選擇2～3條譜線進(jìn)行譜圖分析，以干擾最少、信號(hào)強(qiáng)度合適、檢出限低、線性最好者為本法分析線。檢出限是檢查儀器性能的一個(gè)重要指標(biāo)，按照國(guó)際理論和化學(xué)聯(lián)合會(huì)(IUPAC)之規(guī)定，用下式計(jì)算。

檢出限(μg·mL-1)=[3σ/(S-B)]×C

式中：σ——試劑空白的標(biāo)準(zhǔn)偏差，SD；

S——一定標(biāo)準(zhǔn)各元素標(biāo)準(zhǔn)溶液的信號(hào)強(qiáng)度，CPS；

C——各元素標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度；

B——試劑空白的信號(hào)強(qiáng)度，CPS。

通過(guò)試驗(yàn)，選擇的元素分析線及檢出限見(jiàn)表3。

2.2 方法的曲線方程及相關(guān)系數(shù)

分別準(zhǔn)確吸取一定量的標(biāo)準(zhǔn)溶液，稀釋為不同系列濃度的工作液，按表1儀器工作條件，繪制工作曲線。在標(biāo)準(zhǔn)曲線范圍內(nèi)各元素呈良好的線性關(guān)系，相關(guān)系數(shù)R值介于0.9998和0.9999之間(見(jiàn)表4)，滿足質(zhì)控要求。

表4 方法的曲線方程和相關(guān)系數(shù)(R)

2.3 加標(biāo)回收試驗(yàn)

按上述試驗(yàn)方法在樣品活性炭樣品中加入適量分析元素，在確定的儀器工作條件下，進(jìn)行加標(biāo)回收[7]，結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 回收率實(shí)驗(yàn)結(jié)果

表5(續(xù))

2.4 精密度試驗(yàn)

對(duì)某活性炭樣品(8×30目)連續(xù)測(cè)定6次，進(jìn)行精密度試驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表6。

表6 精密度和對(duì)照試驗(yàn)

3 結(jié)語(yǔ)

將活性炭樣品用硝酸和高氯酸消解后，利用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀(ICP-OES)建立了一種可以同時(shí)測(cè)定活性炭中12種金屬元素的方法。該方法不但具有較高的靈敏度和較低的檢出限，而且快速、準(zhǔn)確，可為活性炭生產(chǎn)工藝中脫灰、重金屬元素得去除提供科學(xué)依據(jù)。

[1] 吳旭洲,賀守印. 煤質(zhì)活性炭的生產(chǎn)與發(fā)展[J]. 煤化工，2004，4(2):37-39.

[2] Ewa L G, Grazyna G. Adsorption characteristics of Congo Red on coal-based mesoporous activated carbon[J]. Dyes and Pigments,2007,74(1):34-40.

[3] 郟其庚. 活性炭的應(yīng)用[M]. 上海: 華東理工大學(xué)出版社, 2002: 55-56.

[4] 傅武俊,鄭曉玲,劉廣臻,等. 活性炭載體對(duì)釕催化劑制備及其活性的影響[J]. 工業(yè)催化，2003, 11(7): 45-48.

[5] ASTM D 6357-2011. Standard test methods for determination of trace elements in coal, coke and combustion residues coal utilization processes by inductively couples plasma atomic emission spectrometry, inductively coupled plasma mass spectrometry, and graphite fumace atomic absorption spectrometry[S].West Conshohocken, PA: American Society for Testing and materials, 2011.

[6] 李曉燕,李凌燕. 微波消解電感耦合等離子體發(fā)射光譜法同時(shí)測(cè)定煤飛灰中15種元素得研究[J].內(nèi)蒙古石油化工,2007,33(8):13-16.

[7] 程念祖.分析化學(xué)中回收率計(jì)算方法的討論[J]. 冶金分析. 1985(6):53-55.

(本文文獻(xiàn)格式：王楠.電感耦合等離子體發(fā)射光譜(ICP-OES)同時(shí)測(cè)定煤基活性炭中鉛、鋅、銻、鎳、硒、鎘、鉻、錳、鑭、砷、鋁、鐵12種元素[J].山東化工，2017，46(16)：85-86.,91)

Simultaneous Determination of Pb, Zn, Sb, Ni, Se, Cd, Cr, Mn, La, As, Al and Fe in Activated Carbon by Inductively Coupled Plasma Optical Emission Spectromrtry (ICP-OES)

Wang Nan

(CRRC Datong Co., Ltd., Datong 037038, China)

An analytical method was prosposed to simultaneously determine Pb, Zn, Sb, Ni, Se, Cd, Cr, Mn, La, As, Al and Fe in active carbon by inductively coupled plasma optical emission spectrometry (ICP-OES). The samples were first treated by hydrochloric acid and nitric acid then determined by ICP-OES under optimal instrument conditions with nitric acid as the testing medium. The detection limits for each element were 0.002～0.068 μg/mL and the relative standard deviations (RSD, n=6) were 0.19%～2.28%. The recoveries for testing the spiked samples were between 95.36% and 109.44%. The experiment results showed that this method has higher precision and accuracy. Our results also showed that this method is rapid and accurate, which could meet the analytical requirement for determination of the impurity elements in activated carbon and the catalyst with active carbon as the carrier.

ICP-OES; activated carbon; metallic element; simultaneous determination

TQ424.1；O657.3

：A

：1008-021X(2017)16-0085-02

2017-06-02

王 楠(1984—)，山西大同人，工程師(碩士)，主要從事煤質(zhì)活性炭綜合利用的研究工作。