纯铂化学分析方法doc.docx

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纯铂化学分析方法

钯、铑、铱、钌、金、银、铝、铋、铬、铜、铁、镍、铅、镁、锰、锡、锌、硅量的测定

电感耦合等离子体原子发射光谱法

实验报告

2019年1月

纯铂化学分析方法

钯、铑、铱、钌、金、银、铝、铋、铬、铜、铁、镍、铅、镁、锰、锡、锌、硅量的测定

电感耦合等离子体原子发射光谱法

李秋莹、何姣、方海燕、孙祺、王应进

1前言

随着化工、化学、医药、催化等行业和材料学科的快速发展，市场对纯铂及其电子产品的需求快速增长，贵研铂业股份有限公司正发展成为铂原材料及其深加工产品的重要生产基地。

我公司用于生产合金材料、催化剂、铂网、抗癌药的纯铂在不断增长。

铂中杂质元素含量的高低直接影响其材料、产品的电学性能、力学性能、加工工艺和使用寿命。

因此，催化、医药、材料研究和生产经营都需要更快、更准确的掌握其杂质元素含量的信息，这就对铂中杂质元素分析提出了快速、准确的要求。

目前国内外在铂纯度检测的标准方法有粉末法[1]。

该方法主要分析对象为粉末试样，对海绵样品的处理相对简单，不易污染，但对金属块屑状样品的处理就相对复杂繁琐了。

全过程至少需要3个工作日。

此外，该方法粉末标准样品的配制，不但要消耗大量昂贵的高纯贵金属作为基体，而且还需花费大量的人力、物力和时间。

资料调研表明，为解决粉末法的不足，采用溶液进样、ICP－AES（电感耦合等离子体原子发射光谱法）或ICP－MS（电感耦合等离子体质谱法）测定纯铂中微量杂质元素已成为近年来的一种发展趋势[2-7]。

我们研究的纯铂分析方法，在不使用铂基体匹配的条件下，完全满足产品标准GB/T1419-2015规定元素测定要求。

用基体配制合成样进行检出限及干扰实验，用样品进行了准确度及精密度考察，样品加标回收率为85.8％～118.0％，相对标准偏差（RSD）为1.26％-9.09％。

2、实验部分

2.1仪器及工作条件

美国PE公司5300DV型电感耦合等离子体原子发射光谱仪。

工作条件列于表1。

表1.仪器工作条件

测定条件

载气流速

保护气流速

冷却气流速

预燃时间

积分时间

参数值

0.2L/min

0.8L/min

15L/min

35s

5s

测定条件

分析功率

观测高度

观测方式

积分方式

进样速率

参数值

1.2kw

15mm

轴向观测

峰面积

1.5mL/min

2.2各元素推荐的测定谱线波长见表2。

表2.杂质元素推荐的测定谱线波长

元素

波长（nm）

元素

波长（nm）

元素

波长（nm）

Ag

338.289

Cr

284.325

Rh

343.489

AL

396.153

Cu

324.752

Ir

224.268

Pd

340.458

Fe

259.939

Si

288.158

Au

267.595

Mg

280.271

Zn

206.200

Ni

221.648

Mn

257.610

Ru

349.894

Bi

223.061

306.766

Sn

283.998

242.170

Pb

220.353

405.781

2.3装置

聚四氟乙烯消解罐，容积30mL。

。

烘箱。

2.4试剂

除非另有说明，仅使用确认为优级纯的试剂和一级水或电阻率≥18MΩ．cm-1的水。

2.4.1氢氧化钾。

2.4.2硝酸（ρ1.42g/mL）。

2.4.3盐酸（ρ1.19g/mL）。

2.4.4过氧化氢（30%，v/v）。

2.4.5盐酸（1+1）。

2.4.6钯标准贮存溶液：

称取0.1000g金属钯（质量分数≥99.99%），置于100mL聚四氟乙烯烧杯中，加入6mL盐酸（2.4.3），2mL硝酸（2.4.2），盖上表面皿，低温加热溶解完全，移入100mL容量瓶中，加入10mL盐酸（2.4.3），用水稀释至刻度。

混匀。

此溶液1mL含1.0mg钯。

2.4.7铑标准贮存溶液：

称取0.1000g铑粉（质量分数≥99.99%），置于50mL玻璃管中，加入8mL盐酸（2.4.3），2mL过氧化氢（2.4.4），封管。

在150℃下溶解48h，冷却、开管。

将管内试液用盐酸（2.4.5）洗入100mL容量瓶中，用水稀释至刻度，混匀。

此溶液1mL含1.0mg铑。

2.4.8铱标准贮存溶液：

称取0.1000g铱粉（质量分数≥99.99%），置于硬质玻璃封管中，加入已用冰水冷却的8mL盐酸（2.4.3）、2mL过氧化氢（2.4.4），立即用汽油喷灯火焰熔化硬质玻璃封管的管口并密封，置于盛有煤油的钢弹中，盖上内盖，旋紧外盖，再置于马弗炉中升温至300℃±5℃，恒温溶解72h。

取出，冷却，置于冰箱中冷冻2h。

取出，立即用石英砂划开硬质玻璃封管的管口，将管内试液用盐酸（2.4.5）洗入100mL容量瓶中，用水稀释至刻度。

混匀。

此溶液1mL含1.0mg铱。

2.4.9钌标准贮存溶液：

称取0.1000g钌粉（质量分数≥99.99%），置于硬质玻璃封管，加入已用冰水冷却的8mL盐酸（2.4.3）、2mL过氧化氢（2.4.4），立即用汽油喷灯火焰熔化硬质玻璃封管的管口并密封，置于钢管（两头开口）中，再置于烘箱中升温至150℃±5℃，恒温溶解72h。

取出，冷却，置于冰箱中冷冻2h。

取出，立即用石英砂划开硬质玻璃封管的管口，将管内试液用盐酸（2.4.5）洗入100mL容量瓶中，用水稀释至刻度。

混匀。

此溶液1mL含1.0mg钌。

2.4.10金标准贮存溶液：

称取0.1000g金属金（质量分数≥99.99%）,置于100mL聚四氟乙烯烧杯中，加入6mL盐酸（2.4.3），2mL硝酸（2.4.2），盖上表面皿，低温加热溶解完全，移入100mL容量瓶中，加入10mL盐酸（2.4.3），用水稀释至刻度。

混匀。

此溶液1mL含1.0mg金。

2.4.11锌标准贮存溶液：

称取0.1000g金属锌（质量分数≥99.99%）,置于100mL聚四氟乙烯烧杯中，加入5mL盐酸（2.4.3），盖上表面皿，低温加热溶解完全，移入100mL容量瓶中，加入10mL盐酸（2.4.3），用水稀释至刻度。

混匀。

此溶液1mL含1.0mg锌。

2.4.12铅标准贮存溶液：

称取0.1000g金属铅（质量分数≥99.99%）,置于100mL聚四氟乙烯烧杯中，加入5mL硝酸（2.4.2），盖上表面皿，低温加热溶解完全，用盐酸（2.4.5）移入100mL容量瓶中，用水稀释至刻度。

混匀。

此溶液1mL含1.0mg铅。

2.4.13铋标准贮存溶液：

称取0.1000g金属铋（质量分数≥99.99%），置于100mL聚四氟乙烯烧杯中，加入5mL硝酸（2.4.2）,盖上表面皿，低温加热溶解完全，用盐酸（2.4.5）移入100mL容量瓶中，用水稀释至刻度。

混匀。

此溶液1mL含1.0mg铋。

2.4.14锡标准贮存溶液：

称取0.1000g金属锡（质量分数≥99.99%）,置于100mL聚四氟乙烯烧杯中，加入5mL盐酸（2.4.3），0.5mL硝酸（2.4.2），低温加热溶解完全，用盐酸（2.4.5）移入100mL容量瓶中，用水稀释至刻度。

混匀。

此溶液1mL含1.0mg锡。

2.4.15锰标准贮存溶液：

称取0.1000g金属锰（质量分数≥99.99%）,置于100mL聚四氟乙烯烧杯中，加入5mL硝酸（2.4.2），盖上表面皿，低温加热溶解完全，移入100mL容量瓶中，加入10mL盐酸（2.4.3），用水稀释至刻度。

混匀。

此溶液1mL含1.0mg锰。

2.4.16镁标准贮存溶液：

称取0.1000g金属镁（质量分数≥99.99%）,置于100mL聚四氟乙烯烧杯中，加入5mL盐酸（2.4.3），盖上表面皿，低温加热溶解完全，移入100mL容量瓶中，加入10mL盐酸（2.4.3），用水稀释至刻度。

混匀。

此溶液1mL含1.0mg镁。

2.4.17铝标准贮存溶液：

称取0.1000g金属铝（质量分数≥99.99%），置于100mL聚四氟乙烯烧杯中，加入5mL盐酸（2.4.3），盖上表面皿，低温加热溶解完全，移入100mL容量瓶中，加入10mL盐酸（2.4.3），用水稀释至刻度。

混匀。

此溶液1mL含1.0mg铝。

2.4.18铜标准贮存溶液：

称取0.1000g金属铜（质量分数≥99.99%），置于100mL聚四氟乙烯烧杯中，加入5mL硝酸（2.4.2），盖上表面皿，低温加热溶解完全，移入100mL容量瓶中，加入10mL盐酸（2.4.3），用水稀释至刻度。

混匀。

此溶液1mL含1.0mg铜。

2.4.19银标准贮存溶液：

称取0.1000g金属银（质量分数≥99.99%），置于100mL聚四氟乙烯烧杯中，加入4mL硝酸（2.4.2），盖上表面皿，低温加热溶解完全，移入100mL容量瓶中，加入70mL盐酸（2.4.3），用水稀释至刻度。

混匀。

此溶液1mL含1.0mg银。

2.4.20铁标准贮存溶液：

称取0.1000g金属铁粉（质量分数≥99.99%）,置于100mL聚四氟乙烯烧杯中，加入5mL盐酸（2.4.3），盖上表面皿，低温加热溶解完全，移入100mL容量瓶中，加入10mL盐酸（2.4.3），用水稀释至刻度。

混匀。

此溶液1mL含1.0mg铁。

2.4.21镍标准贮存溶液：

称取0.1000g金属镍（质量分数≥99.99%）,置于100mL聚四氟乙烯烧杯中，加入5mL盐酸（2.4.3），1mL硝酸（2.4.2），盖上表面皿，低温加热溶解完全，移入100mL容量瓶中，加入10mL盐酸（2.4.3），用水稀释至刻度。

混匀。

此溶液1mL含1.0mg镍。

2.4.22铬标准贮存溶液：

称取0.1000g金属铬（质量分数≥99.99%）,置于100mL聚四氟乙烯烧杯中，加入5mL盐酸（2.4.3），1mL硝酸（2.4.2），盖上表面皿，低温加热溶解完全，移入100mL容量瓶中，加入10mL盐酸（2.4.3），用水稀释至刻度。

混匀。

此溶液1mL含1.0mg铬。

2.4.23硅标准贮存溶液：

称取0.1000g单质硅（质量分数≥99.99%），置于30mL聚四氟乙烯消化罐中，加入2g氢氧化钾（2.4.1），放入烘箱中，于150℃下溶解16h，取出，冷却，移入100mL容量瓶中，用水稀释至刻度。

混匀。

此溶液1mL含1.0mg硅。

2.4.24混合标准溶液A:

分别移取5.00mL标准贮存溶液（2.4.6～2.4.14），置于100mL容量瓶中，加入10mL盐酸（2.4.3），用水稀释至刻度。

混匀。

此溶液1mL含50.0µg钯、铑、铱、钌、金、锌、铅、铋、锡。

2.4.25混合标准溶液B:

分别移取5.00mL标准贮存溶液（2.4.15～2.4.22）置于100mL容量瓶中，加入10mL盐酸（2.4.3），用水稀释至刻度。

混匀。

此溶液1mL含50.0µg锰、镁、铝、铜、银、铁、镍、铬。

2.4.26硅标准溶液:

移取5.00mL标准贮存溶液（2.4.23），置于100mL容量瓶中，加入10mL盐酸（2.4.3），用水稀释至刻度。

混匀。

此溶液1mL含50.0µg硅。

2.4.27氩气（质量分数≥99.99%）。

3实验方法

3.1标准极差溶液配制

分别移取一定量的混合标准溶液液A（2.4.24）、B（2.4.25）及硅标准溶液（2.4.26），用逐步稀释的方法配制成三组有5个点极差的标准溶液。

标准极差溶液质量浓度列于表3。

表3标准极差溶液质量浓度μg/mL

序号

元素

STD-1

STD-2

STD-3

STD-4

STD-5

A组

Pd、Rh、Ir、Ru、Au、Bi、Pb、Sn、Zn

0.10

0.50

2.00

5.00

10.00

B组

Ag、Al、Cr、Cu、Fe、Mg、Mn、Ni

0.10

0.50

2.00

5.00

10.00

C组

Si

0.10

0.50

2.00

5.00

10.00

3.2试液的制备

3.2.1纯铂粉末样品溶液的制备

称取0.2克（精确至0.0001g）铂粉末样品至100mL聚四氟乙烯烧杯中，加入1mL硝酸和4mL盐酸，低温加热溶解完全，蒸至小体积，转入10mL容量瓶中，用水洗涤聚四氟乙烯杯盖及杯壁，合并洗涤液至容量瓶中并用水稀释至刻度。

混匀。

（当纯铂粉末样品中含有难溶铑、铱、钌＞0.01%时采用的溶解方法见3.2.2）。

样品处理过程中，同时做一份空白溶液。

3.2.2纯铂金属样品溶液的制备

称取0.2克（精确至0.0001g）铂金属样品置于聚四氟乙烯消解罐中，加入1mL硝酸和4mL盐酸，放入烘箱中150℃±5℃溶解8小时，取出，冷却，用水转入100mL聚四氟乙烯烧杯中，低温浓缩至约2mL，转入10mL容量瓶中，用水洗涤聚四氟乙烯杯盖及杯壁，合并洗涤液至容量瓶中并用水稀释至刻度。

混匀。

样品处理过程中，同时做一份空白溶液。

3.3测定

在选定仪器条件下，于表2所列波长下，采用旋流雾室系统进样，依次测定极差标准溶液，处理好的样品试液。

计算机绘制标注曲线并打印出测定结果。

4实验结果与讨论

4.1各杂质元素测定谱线的选择

由于测定微量元素时存在铂基体的影响，在厂家推荐的仪器工作条件下，每个待测元素选择3～4条谱线，建立ICP-AES测定方法。

对混合杂质元素级差标准溶液进行测定，制作工作曲线，再测定铂基体溶液。

根据每一条谱线测得的强度值、波峰形状和基线情况，波峰尖锐、基线平滑、无干扰峰或干扰峰较小的谱线作为测定谱线；同时查看每一条谱线的线性系数和测定结果，选择线性相关系数≥0.9999，且测定结果接近零的谱线。

经选择确定下来的各杂质元素测定谱线的波长见表2。

4.2铂基体的干扰及影响

考察铂基体对杂质元素测定的干扰及影响时，先对混合杂质元素标准级差溶液进行测定，制作工作曲线，再测定20mg/mL的铂基体溶液在各杂质元素所选波长处的干扰质量浓度值。

结果均小于±0.1ug/mL。

从所测结果说明铂基体对所测元素基本无影响。

4.3背景干扰更正

光谱仪有自动背景校正功能，用合成样或试样进样作光谱图，参照计算机屏幕上所显示的每条谱线子陈列图及标识的谱线，背景与校正后的强度值，在谱线峰两侧选择背景扣除的最低值波长位置，并输入计算机，分析时自动进行背景校正。

4.4杂质元素之间的相互影响

考察杂质元素之间的影响时，用各杂质元素介质为20%盐酸，杂质浓度各为20ug/mL的溶液，用ICP-AES测定其在各杂质元素所选波长处的干扰质量浓度值。

结果均小于0.05ug/mL。

因杂质元素含量低，它们之间不存在相互影响。

4.5ICP-AES法直接同时测定铂中18个杂质元素的最佳工作参数

观测高度为线圈上方15mm不变；泵提升速度为1.5Ｌ∕min不变；改变分析功率；冷却气流量；辅助气流量；载气流量；通过标准溶液作工作曲线，用铂20mg/mL的基体溶液，测定其在各杂质元素所选波长处的质量浓度值。

从结果看变化不大，但改变载气流量时，雾化器实际压力变化很大。

所以选择仪器最佳工作参数为：

观测高度为线圈上方15mm；泵提升速度1.5Ｌ∕min；分析功率1.2KW；冷却气流量15Ｌ∕min；辅助气流量0.8Ｌ∕min；载气流量0.2Ｌ∕min。

4.6杂质元素的检出限试验

在上述仪器条件下，通过标准溶液制作工作曲线，用20mg/mL铂基体溶液测定其在各杂质元素所选波长处的质量浓度值，平行测定9次，计算标准偏差，以标准偏差的3倍来作为方法的检出限。

铂中各杂质元素的检出限分别列于表4。

表4纯铂中各杂质元素的检出限ug/mL

元素

检出限

元素

检出限

元素

检出限

元素

检出限

Pd

0.0034

Ag

0.0022

Cu

0.0011

Si

0.010

Rh

0.0054

Bi

0.013

Fe

0.0048

Sn

0.014

Ir

0.0094

Al

0.0014

Mg

0.0013

Zn

0.0049

Ru

0.0051

Cr

0.0054

Mn

0.0026

Pb

0.012

Au

0.011

Ni

0.0061

4.7酸度对测定的影响

盐酸的引入会使分析试液的提升速率和测定元素的谱线强度发生变化，从而影响测定结果。

本文考察了（体积比）10%、15%、20%的盐酸浓度对测定元素的影响。

实验结果表明，随着酸度的变化各元素的测定值也随之变化，10%的盐酸浓度条件下测定值最大，15%～20%对大部分元素影响不大，测定结果基本符合加入值，这说明，10%的盐酸浓度与标准溶液20%的盐酸浓度不匹配而导致测定结果偏离加入值，15%～20%的盐酸浓度对测定的影响较小，可以忽略，所以本实验选择20%的盐酸为样品介质。

4.8纯铂粉末样品中含有难溶贵金属铑、铱、钌的转化试验

称取铂基体3份，每份0.2g，分别加入1mL硝酸和3mL盐酸低温溶解。

溶解后1、2份加入铑、铱、钌杂质标准溶液各含2ug/mL（质量百分数为0.01%），第3份加入铑、铱、钌杂质标准溶液各含10ug/mL（质量百分数为0.05%），浓缩至小体积，加入3mL盐酸赶硝酸一次。

进干后加入2mL水，5mL饱和氯化氨，红外灯下烘干。

通氢还原。

通氢还原后1份放入聚四氟乙烯烧杯中溶解，2、3份放入聚四氟乙烯消化罐中溶解8h（烘箱温度150℃±5℃）。

回收结果见表5。

可以看出质量百分数≤0.01%时用聚四氟乙烯烧杯溶解，质量百分数＞0.01%用聚四氟乙烯消化罐溶解。

表5难溶贵金属铑铱钌的转化试验

元素

编号

加入值ug/mL

测定值ug/mL

回收率%

Rh

1

1.998

1.936

96.9

2

1.998

2.050

102.6

3

9.990

9.079

90.9

Ir

1

2.421

2.233

92.2

2

2.421

2.404

99.3

3

12.10

11.79

97.4

Ru

1

2.002

1.964

98.1

2

2.002

2.050

102.4

3

10.01

9.754

97.5

4.9样品加标回收率

称取铂样品6份，每份0.2g，3份做本底，另外3份加入不同含量的杂质标准溶液，按实验方法处理后进行测定，结果见表6。

从表6可以看出，合成样品的低量加标回收率86.8%～118.0%，中量加标回收率85.8%～113.5%，高量加标回收率88.4%～105.9%，能够满足实际样品分析对准确度的要求。

表6铂样品加标回收率/%

元素

低量ug/mL

中量ug/mL

高量ug/mL

本底值

加入值

测定值

回收率

加入值

测定值

回收率

加入值

测定值

回收率

Pd

0.272

0.100

0.384

112.0

1.00

1.292

102.0

10.00

10.49

102.2

Rh

1.531

0.100

1.637

106.0

1.00

2.566

103.5

10.00

11.27

97.4

Ir

-0.046

0.100

0.072

118.0

1.00

0.913

96.0

10.00

9.582

96.3

Ru

0.130

0.100

0.223

93.0

1.00

1.115

98.5

10.00

10.14

100.1

Au

0.038

0.100

0.137

99.0

1.00

1.022

98.4

10.00

9.633

96.0

Ag

0.081

0.100

0.181

100.0

1.00

0.939

85.8

10.00

9.334

92.5

Al

0.079

0.100

0.166

86.8

1.00

1.031

95.2

10.00

10.46

103.8

Bi

-0.024

0.100

0.081

104.8

1.00

0.910

93.4

10.00

8.816

88.4

Cr

0.036

0.100

0.134

98.1

1.00

1.031

99.5

10.00

9.774

97.4

Cu

0.004

0.100

0.102

97.8

1.00

0.986

98.2

10.00

9.984

99.8

Fe

0.137

0.100

0.235

98.0

1.00

1.194

105.7

10.00

10.12

99.8

Mg

-0.028

0.100

0.082

109.4

1.00

0.990

101.8

10.00

9.541

95.7

Mn

-0.039

0.100

0.064

103.3

1.00

0.985

102.4

10.00

9.726

97.6

Ni

0.008

0.100

0.100

92.1

1.00

0.924

91.6

10.00

9.451

95.7

Pb

0.028

0.100

0.130

101.6

1.00

0.986

95.8

10.00

9.660

96.3

Si

0.145

0.100

0.245

100.0

1.00

1.102

95.7

10.00

10.38

102.3

Sn

0.078

0.100

0.190

112.0

1.00

1.213

113.5

10.00

10.67

105.9

Zn

0.014

0.100

0.115

101.0

1.00

1.072

105.8

10.00

10.14

101.3

4.10方法精密度

根据铂产品标准99.99%允许最低单个杂质元素含量0.001%、99.95%允许最低单个杂质元素含量0.005%、99.9%允许最低单个杂质元素含量0.01%。

用铂样品加入标准溶液进行实验（加入值见表7）。

配制21份实验样品，1～7份加入标准溶液含各杂质元素0.2ug/mL（质量分数为0.001%）、8～14份加入标准溶液含各杂质元素1ug/mL（质量分数为0.005%）、15～21份加入标准溶液含各杂质元素5ug/mL（质量分数为0.025%），各段分别进行7次实验测定，统计平均值和RSD。

结果列入表8。

从表8可以看出，7次测定的相对标准偏差（RSD）在1.26%～9.09％范围内。

表7纯铂样品精密度实验加入值μg/mL

纯铂样品

纯铂样品

元素

低量

中量

高量

元素

低量

中量

高量

Pd

0.2

1

5

Rh

0.2

1

5

Ir

0.2

1

5

Ru

0.2

1

5

Au

0.2

1

5

Ag

0.2

1

5

Al

0.2

1

5

Bi

0.2

1

5

Cr

0.2

1

5

Cu

0.2

1

5

Fe

0.2

1

5

Mg

0.2

1

5

Mn

0.2