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元素分析前處理有哪些方法？

嘉峪檢測網(wǎng) 2024-12-18 08:34

電感耦合等離子體發(fā)射光譜法（ICP-OES）是一種廣泛應(yīng)用于元素分析的測試方法。其中樣品前處理是分析測試的首要環(huán)節(jié),前處理過程的質(zhì)量直接影響分析測試結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。常用的前處理方法有濕法消解、微波消解、高溫熔融以及干式灰化法等等。

樣品要求

（1）ICP-OES：

一般情況下，測試的都是液體樣品，因此測試時(shí)需要將樣品溶解在特定的溶劑中（一般就是水溶液）；測試的樣品必須保證澄清，顆粒、懸濁物有可能堵塞內(nèi)室接口或者通道；溶液樣品中不能含有對儀器有損壞的成分（如HF和強(qiáng)堿等）。

盡可能使各種元素迅速完全溶解；

所含待測元素的量可忽略不計(jì)；

溶解樣品時(shí)，待測元素沒有損失；

不能與待測元素形成不溶性物質(zhì)；

測定時(shí)，共存元素的影響要?。ㄔ亻g譜線可能會(huì)有干擾）。

（2）ICP-MS：

ICP-MS儀器靈敏度特別高，因此在樣品制備期間要特別注意避免污染問題。實(shí)驗(yàn)室環(huán)境最好是超凈條件，分解樣品應(yīng)使用超純試劑和18.2 MΩ.ｃｍ的去離子水。

ICP-MS對分析溶液有含鹽量的限制，一般在千分之二以下。含鹽量過高，會(huì)引起接口錐嚴(yán)重堵塞和基體抑制效應(yīng)。

溶樣用酸要考慮到可能引起的多原子離子干擾問題，如氯離子對As和Se的干擾。也要考慮酸有可能對錐的腐蝕問題。硝酸通常被認(rèn)為是ICP-MS分析最好的酸介質(zhì)（最終分析溶液一般為2％硝酸）。

樣品狀態(tài)：可為粉末、塊狀、溶液樣品。粉末/塊狀樣品：一般提供100 mg以上；溶液樣品：需要前處理樣品：提供至少5-10 mL，且為水溶液；若含有有機(jī)溶劑請選擇需要前處理；已經(jīng)前處理的樣品：提供10 mL澄清溶液，中性偏酸性溶液且不含F(xiàn)離子，不含有機(jī)物，溶劑為水。

濕法消解

濕法消解是利用鹽酸、硝酸、氫氟酸、雙氧水等試劑單獨(dú)使用或搭配使用，通過電熱板或石墨消解儀加熱，使樣品消解而被測物質(zhì)呈離子狀態(tài)保存在溶液中。鋼鐵及合金、純物質(zhì)等無機(jī)固體樣品均可用濕法消解的方法。濕法消解的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備簡單，適合處理大批量樣品；缺點(diǎn)是試劑消耗量大、試劑空白高且不完全一致、消解時(shí)間長。

濕法消解所使用的無機(jī)酸包括硝酸、鹽酸、硫酸、氫氟酸、磷酸等。在樣品消解過程中，各種無機(jī)酸可單獨(dú)使用，也可混合使用。

微波消解

微波消解是常用的前處理方法，有以下三個(gè)特點(diǎn)：

分子極化和離子導(dǎo)電：微波消解通過分子極化和離子導(dǎo)電兩個(gè)效應(yīng)對物質(zhì)直接加熱，促使固體樣品表層快速破裂，產(chǎn)生新的表面與溶劑作用，在數(shù)分鐘內(nèi)完全分解樣品；

極性分子加熱：當(dāng)微波通過樣品時(shí)，水或者酸等極性分子隨微波頻率快速變換取向，分子來回轉(zhuǎn)動(dòng)與周圍分子相互碰撞摩擦，使得樣品溫度急劇上升，加快分解；

高壓密閉環(huán)境：微波消解在密閉高壓消解罐內(nèi)進(jìn)行，壓力體系能夠產(chǎn)生過熱現(xiàn)象，即加熱到比常壓下沸點(diǎn)更高的溫度，消解一般濕法消解不能消解的樣品。并且在密閉體系還可防止揮發(fā)性元素的損失。

微波消解目前廣泛應(yīng)用于食品、藥品、環(huán)保、飼料、肥料、衛(wèi)生檢驗(yàn)、地質(zhì)、化工等行業(yè)中不同各種類型樣品的消解，特別適用于測定微量、痕量及超痕量元素的樣品。有研究學(xué)者提出微波消解一般用酸量較多，且傳統(tǒng)微波消解法處理樣品后還需要進(jìn)行趕酸，步驟繁瑣，如下圖為微波消解土壤的步驟。目前市面上已有超級微波消解儀，超級微波消解儀完全避免了傳統(tǒng)微波消解的缺陷，無需大量的酸試劑，無需趕酸，消解完成后取出直接轉(zhuǎn)移定容即可。

高溫熔融

高溫熔融法是通過偏硼酸鋰、四硼酸鋰、氫氧化鈉、過氧化鈉等熔劑，在高溫下與樣品熔融，形成熔體，再通過無機(jī)酸達(dá)到溶解的目的。常應(yīng)用于地質(zhì)樣品、冶金原材料、陶瓷樣品等等。高溫熔融法的缺點(diǎn)是處理完樣品溶液中鹽含量較高，熔劑易引入污染和干擾。

干式灰化

干式灰化法是指樣品在馬弗爐充分灰化。樣品灰化前先碳化樣品，即把裝有待測樣品的坩堝先放在電爐上低溫碳化樣品，在碳化過程中為了避免測定物質(zhì)的散失，往往會(huì)加入少量堿性或酸性物質(zhì)(固定劑)。干式灰化法可同時(shí)處理多個(gè)樣品，但要注意低沸點(diǎn)元素Hg，As，Se，Te，Sb的揮發(fā)。干式灰化法適用于食品、塑料、有機(jī)物粉末等含碳較高的材料?；一蟮幕曳衷倮脻穹ㄏ庀饣蛭⒉ㄏ鈱⑵涔腆w轉(zhuǎn)化為無機(jī)溶液。

酸溶回渣

酸溶回渣是將濕法酸消解與熔融消解結(jié)合使用，用于特殊樣品的溶解。例如測定硅鐵中總鋁，硅鐵中鋁有酸溶鋁和酸不溶鋁，首先使用酸處理樣品，溶解出可溶性鋁，不溶殘?jiān)脡A金屬的硫酸氫鹽或硼酸和碳酸鈉混合熔劑熔融處理。此種方法目前應(yīng)用范圍較為狹窄。

樣品前處理是整個(gè)實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，大約占整個(gè)實(shí)驗(yàn)總時(shí)間的百分之四十，所以掌握好前處理部分實(shí)驗(yàn)就成功了一半。對于樣品前處理的方法與應(yīng)用場景如有補(bǔ)充內(nèi)容，歡迎來稿共同探討。

ICP-MS儀器可以分為ICP和MS 2個(gè)部分。ICP-電感耦合等離子體實(shí)際上是一種元素離子化裝置，MS是質(zhì)譜檢測器需要樣品為離子狀態(tài)，通過檢測質(zhì)荷比確定元素種類以及定量。在這里ICP要實(shí)現(xiàn)元素離子化，需要把待測樣品在霧化狀態(tài)下進(jìn)入到高溫（幾千上萬℃）設(shè)備中，因此對樣品的進(jìn)樣狀態(tài)是有要求。一般需要樣品為澄清透明的溶液，所以對于固體樣品、懸濁液、不透明的液體等，都需要對樣品進(jìn)行消解處理為澄清透明的溶液。以下就介紹一些常用消解處理方法及對應(yīng)的試劑：

消除原理

1.堿融法：通過加入氫氧化鈉、碳酸鈉等強(qiáng)堿，在高溫下分解樣品。

2.酸溶法：通過加入一種或者多種無機(jī)酸，在加熱，或者微波等方式下讓樣品消解。

常用硝酸試劑及特征

鹽酸

1.分解許多金屬氧化物以及其氧化還原電位低于氫的金屬一種最常用試劑。

2.HCI是一種弱還原劑，一般不用來分解有機(jī)物質(zhì)。

3.需要考慮到一些易揮發(fā)金屬氯化物（As、Sb、Sn、Se、Te、Ge、Hg）會(huì)有潛在揮發(fā)損失。

硝酸

1.通常用HNO3 來分解各種金屬、合金及消解有機(jī)物質(zhì)（如生物樣品），但對于某些金屬及礦石等地質(zhì)樣品，通常還需加入HCl 及HF 以增加分解樣品的能力。

2.一種強(qiáng)氧化劑，注意鈍化問題。

高氯酸

1.HClO4是已知的最強(qiáng)的無機(jī)酸之一，熱的濃HClO4是強(qiáng)氧化劑，它將和有機(jī)化合物發(fā)生強(qiáng)烈（爆炸）反應(yīng)。

2.經(jīng)常使用HClO4來驅(qū)趕HCl、HNO3和HF。

3.在用HClO4分解樣品中，可能會(huì)有10%左右的Cr以CrOCl3的形式揮發(fā)掉。

氫氟酸

1.唯一能分解以硅為基質(zhì)樣品的無機(jī)酸，適合于各類地質(zhì)樣品、礦石、水系沉積物、土壤、石英巖等的消解。

2.不能用玻璃器皿，常用是聚四氟乙烯（PTFE）為材料的燒杯、坩堝等器皿。進(jìn)樣系統(tǒng)可以用PTFE 材料的霧化器、霧化室及藍(lán)寶石炬管，但應(yīng)盡量減少使用。

3.其最高使用溫度為250℃，當(dāng)溫度升至320℃時(shí)穩(wěn)定性將開始降低，而在400℃以上則將解聚（分解）。

硫酸(H2SO4)及磷酸（H3PO4)

1.可消解多種礦石、合金（鎢、鉬等）。

2.高粘度將對試液導(dǎo)入產(chǎn)生影響，為了得到準(zhǔn)確結(jié)果需采用基體匹配的標(biāo)準(zhǔn)溶液。

3.一些無機(jī)鹽如Ba、Sr、Pb、Ca等的溶解性很差。

王水

1.使用HCl+HNO3（3+1）的混合酸進(jìn)行酸溶法消解。

2.王水通常用于分解金屬、合金、硫化物及一些礦物（金、銀、鉑、鈀）。

以上就是比較常用的樣品消解試劑。我們最常用的還是酸消解法，特別是微波消解法，實(shí)際消耗少、速度快、不容易受污染。但需要根據(jù)不同樣品和測試需求來使用不同的消解試劑。

來源：Internet

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