螯合樹脂微柱分離富集火焰原子吸收法測(cè)定礦物樣品中的痕量元素

陳玉環(huán)

（新疆地礦局第一地質(zhì)大隊(duì)實(shí)驗(yàn)室，新疆 昌吉 831100）

礦物樣品中的痕量元素很難直接通過火焰原子吸收法進(jìn)行測(cè)定，其在吸收時(shí)的干擾十分嚴(yán)重，因此需要在測(cè)定痕量元素前首先進(jìn)行預(yù)處理[1]。傳統(tǒng)方法中的預(yù)處理通常是間歇性的操作，難以準(zhǔn)確地將痕量元素全部測(cè)定出來，而且操作步驟極其復(fù)雜，其結(jié)果的準(zhǔn)確性往往達(dá)不到預(yù)期。因此本文使用了新的螯合樹脂微柱分離富集預(yù)處理方法，利用火焰原子吸收法對(duì)礦物樣品中的痕量元素進(jìn)行測(cè)定[2]。因?yàn)轵蠘渲瑢?duì)微量元素具有很好的吸附性，所以其預(yù)期往往能達(dá)到要求，準(zhǔn)確度較高且該方法簡(jiǎn)單易學(xué)。最后從吸附元素的PH 值、流速和干擾情況等方面對(duì)礦物樣品中的痕量元素進(jìn)行測(cè)定，得到最后的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

本實(shí)驗(yàn)所需要使用的儀器和試劑如表1 表2 所示。

表1 實(shí)驗(yàn)所需儀器

表2 實(shí)驗(yàn)所需試劑

在上表中空心陰極燈需要在測(cè)定波長(zhǎng)為273.1nm 時(shí)方可使用，此時(shí)空心陰極燈電流為5mA，狹縫寬度小于0.5nm。恒流泵中必須配有變速蠕動(dòng)泵、聚四氟乙烯管以及硅膠泵管，其內(nèi)部直徑為1.0mm。

1.2 實(shí)驗(yàn)過程

1.2.1 螯合樹脂的合成

實(shí)驗(yàn)過程中的第一步是對(duì)礦物樣品進(jìn)行預(yù)處理，預(yù)處理的主要試劑是螯合樹脂，所以需要先自行合成螯合樹脂共60 目。此螯合樹脂的形狀為均勻的球狀，每一粒的直徑約為0.2mm，其主要制作流程如圖1 所示。

圖1 螯合樹脂合成過程

將約2.0gPSC 置入在100mL 的圓底燒瓶中，并向其中倒入20mL 苯[3]。一段時(shí)間后，再向反應(yīng)好的聚合物中加入6mL 2-羥基乙醇、3g 氫氧化鈉，以3g0.5mol/L 的四丁基溴化銨作為催化劑，水浴加熱并使用機(jī)器攪拌15h。反應(yīng)結(jié)束后，得到PSME，冷卻至室溫。再向其中加入丙酮、甲醇和水過濾洗滌，并利用Soxhlet 進(jìn)行萃取，兩晝夜后得到PSMP[4]。向PSMP 中加入苯璜酰氯，繼續(xù)加熱10h，就能得到PSMA，將PSMA 洗滌、干燥就能得到螯合樹脂。

1.2.2 微型柱的制備

稱取制得的螯合樹脂共1g，將其裝入微型柱內(nèi)壓實(shí)，螯合樹脂之間不能留有空隙。將微型柱兩端用端口封住，向其中加入5mL 蒸餾水和5mL 酸性硫脲沖洗，直到洗出液變?yōu)橹行?，再用蒸餾水浸泡10min。

1.2.3 痕量元素測(cè)定

取50mL 一定濃度的痕量元素標(biāo)準(zhǔn)溶液以標(biāo)準(zhǔn)速度注入微柱并收集從下端流出的液體，并用原子吸收光譜儀測(cè)定下端流出溶液的痕量元素濃度。計(jì)算其吸附率，然后再向微柱中注入20mL 酸性硫脲，流動(dòng)速度為1mL/min。此時(shí)，將原子吸收光譜儀的下端與原子吸收光譜儀霧化進(jìn)樣管相連接，使從下端排出的洗脫液直接進(jìn)入原子吸收分度計(jì)進(jìn)行檢測(cè)，詳細(xì)記錄該液體樣本的峰值面積、脫附率以及回收率[5]。為保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，該實(shí)驗(yàn)需進(jìn)行3-5 次，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后用洗脫劑浸泡微型柱，然后使用蒸餾水沖洗直至完全洗凈。

2 結(jié)果與討論

2.1 樣品分析

將一定質(zhì)量的礦物樣品作為實(shí)驗(yàn)材料放入燒杯中，加入酸性硫脲10mL，開始實(shí)驗(yàn)。蓋住玻璃皿蓋，將礦物樣本與酸性硫脲溶液一同加熱煮沸30min，放冷，調(diào)節(jié)溶液的PH 值至3～4，將所得溶液轉(zhuǎn)入干凈點(diǎn)容量瓶中，采用上文所述的方法進(jìn)行痕量元素的測(cè)定，得到分析結(jié)果如下表所示。

表3 分析結(jié)果

為保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，將5 次實(shí)驗(yàn)得到的結(jié)果取平均值，得到如上表所示分析結(jié)果。

2.2 酸度對(duì)吸附率的影響

在實(shí)驗(yàn)過程中，溶液的PH 值是很重要的數(shù)據(jù)，它能夠直接影響實(shí)驗(yàn)預(yù)處理中鰲合樹脂的表面結(jié)構(gòu)及其對(duì)吸附率的影響[6]。為測(cè)定溶液PH 是否會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生影響，使用HNO3溶液和氫氧化鈉溶液將實(shí)驗(yàn)樣本的PH 調(diào)節(jié)為1.0、2.0、3.0、5.0、6.0，并繪制吸附率與pH 值的關(guān)系圖如下所示。

圖2 吸附率與pH 值的關(guān)系

根據(jù)上圖可以得到，當(dāng)PH 為3-4 時(shí)，吸附效果最佳，當(dāng)PH過高或過低時(shí)，吸附率都會(huì)相應(yīng)減弱。因此在選擇酸性硫脲時(shí)，應(yīng)確定溶液的PH 值在3-4 之間。

2.3 流速對(duì)吸附率的影響

為檢測(cè)流速對(duì)吸附率的影響，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)如下所示。配制5 份痕量元素標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)溶液，分別在流速為0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0mL/min 時(shí)進(jìn)行吸附，吸附率如下圖所示。

圖3 吸附率與流速的關(guān)系

如上圖所示，當(dāng)流速為1.5mL/min 時(shí)，吸附率達(dá)到最大值，而當(dāng)流速過大或過小時(shí)，吸附率會(huì)相應(yīng)減小。因此在實(shí)驗(yàn)過程中，應(yīng)將流速控制在合理的范圍之內(nèi)，以保證吸附率達(dá)到最大值。

2.4 洗脫劑比例的選擇

為確定洗脫劑中HNO3溶液和酸性硫脲溶液的比例，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)測(cè)定其最佳配比[7]。首先配制2.0g/mL 的痕量元素標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)溶液5 份，每份20mL。然后用不同比例的HNO3溶液和酸性硫脲溶液對(duì)其進(jìn)行洗脫，洗脫時(shí)的流速為1.5mL/min。洗脫過程中使用峰面積法測(cè)定洗脫液的最佳配比，得到數(shù)據(jù)如下所示。

表4 洗脫液不同配比下的峰面積與洗脫率

如上圖所示，當(dāng)洗脫液的比例為0.3 mol/L 酸性硫脲+0.6 mol/L HNO3時(shí)，峰面積達(dá)到最大，其洗脫率為98%。因此，為使實(shí)驗(yàn)得到最佳結(jié)果，將0.3 mol/L 酸性硫脲+0.6 mol/L HNO3作為洗脫液的配比設(shè)置。

3 結(jié)束語

利用螯合樹脂微柱分離富集火焰原子吸收法測(cè)定礦物樣品中的痕量元素時(shí)，為保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，應(yīng)合理控制溶液的ph 值、檢測(cè)時(shí)的樣本流速以及洗脫液的配比，本文對(duì)以上幾點(diǎn)進(jìn)行了詳細(xì)的分析，并得到了使用螯合樹脂微柱分離富集火焰原子吸收法測(cè)定痕量元素的詳細(xì)步驟。