煤的微波消解中元素測(cè)定

柴聰

摘要：準(zhǔn)確測(cè)定煤中硼的含量；能給煤沉積環(huán)境的研究提供科學(xué)合理的數(shù)據(jù)支持。由于硼元素易揮發(fā)；在實(shí)際測(cè)量中很難準(zhǔn)確的測(cè)定煤中硼元素的含量。本文采用改進(jìn)的微波消解法進(jìn)行煤中硼元素的測(cè)量；經(jīng)過(guò)適當(dāng)改進(jìn)后的微波消解法能較準(zhǔn)確地測(cè)定煤中硼元素的含量；該方法檢出限較低僅為0.34ng/mL；符合硼元素的檢測(cè)要求；并且檢測(cè)速度快；適用于實(shí)驗(yàn)室中的批量分析檢測(cè)。

關(guān)鍵字：煤；微波消解；硼

1 前言

煤中硼元素含量的多少與其受到海水影響的程度有關(guān)，煤中硼元素含量越高表明對(duì)其造成影響的海水中鹽含量越高，通過(guò)測(cè)量煤中硼元素的含量，對(duì)于研究煤形成的環(huán)境具有重要的指導(dǎo)意義。目前，我國(guó)尚未制定煤中硼元素測(cè)量的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，國(guó)內(nèi)很多學(xué)者提出的硼元素含量測(cè)定方法，或多或少的都有其自身的局限性，不能精確地測(cè)量出煤中硼元素的含量。對(duì)煤樣品進(jìn)行微波消解處理具有處理迅速、對(duì)樣品影響小、對(duì)比樣數(shù)值低等優(yōu)點(diǎn)。運(yùn)用微波消解技術(shù)測(cè)定硼元素也有其自身的不足，導(dǎo)致測(cè)定的數(shù)據(jù)穩(wěn)定性較差。本文通過(guò)對(duì)微波消解測(cè)定技術(shù)進(jìn)行一定的改進(jìn)，提高了硼元素測(cè)定的準(zhǔn)確性，為煤起源的研究工作提供了數(shù)據(jù)保障。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 檢測(cè)儀器及試劑

為了保障檢測(cè)數(shù)據(jù)具有較高的精度，試驗(yàn)中的檢測(cè)儀器均使用精度較高的進(jìn)口儀器，主要包括：X-SeriesⅡ 電感耦合等離子體質(zhì)譜儀、Ultra CLAVE Ⅳ 微波消解儀、酸純化系統(tǒng)和酸清洗系統(tǒng)等。

硼元素檢測(cè)試驗(yàn)中使用的標(biāo)準(zhǔn)溶液為：100μg/mL的標(biāo)準(zhǔn)鈹混合溶液、1000μg/mL的標(biāo)準(zhǔn)硼單元素溶液。

實(shí)驗(yàn)過(guò)程中用到的試劑主要包括：65%的優(yōu)級(jí)純HNO3、85%的優(yōu)級(jí)純H3PO4、98%的分析純H2SO4、40%的MOS級(jí)HF。

2.2 容器清洗及樣品稱(chēng)量

在檢測(cè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中用到的所有容器都要經(jīng)過(guò)徹底清洗干凈后才能用于實(shí)驗(yàn)中，具體做法是：將消解管、消解罐以及容量瓶放入盛有5%硝酸溶液的容器中，確保硝酸溶液能淹沒(méi)所有的容器，將容器在溶液中至少淹沒(méi)24個(gè)小時(shí)，然后取出沖洗干凈，晾干備用。

對(duì)樣品進(jìn)行200目左右的破碎，用高精度天平稱(chēng)量50mg左右的樣品，精確稱(chēng)量至0.1mg，稱(chēng)量完成后，立即將樣品轉(zhuǎn)移至清洗干凈的消解管中，確保所有的樣品都位于消解管的底部，減少掛壁損失。

2.3 樣品加酸處理

依次往盛有樣品的消解管中注入0.5ml的H3PO4、3mL的HNO3以及1mL的HF。注入酸溶液的時(shí)候，要沿管壁進(jìn)行注入，防止酸溶液濺出損失，導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果的可靠性降低，同時(shí)要對(duì)管壁進(jìn)行充分的沖洗，將管壁粘有的樣品沖入到溶液中去。待所有酸液都加入后，立即蓋緊管塞，避免酸溶液揮發(fā)損失，準(zhǔn)備進(jìn)行樣品的消解。

2.4 微波消解及趕酸定容

向微波消解儀中，依次加入330mL的超純水、30mL的H2O2、2mL的H2SO4。然后按照下表的要求進(jìn)行消解處理。

按照上面表格的要求，將樣品完全消解后，然后把消解后的容易轉(zhuǎn)移至消解罐中，同時(shí)對(duì)消解管進(jìn)行充分的沖洗，并將沖洗后的溶液一同導(dǎo)入消解罐中。確保所有的消解液都轉(zhuǎn)移到消解罐后，加熱消解罐，直至溫度達(dá)到180℃左右，穩(wěn)定溫度進(jìn)行蒸餾。蒸餾溶液至黃豆粒大小的分量時(shí)，向消解罐中注入5mL的濃度為50%的硝酸溶液，然后封閉消解罐的塞子，對(duì)消解罐進(jìn)行蒸餾，蒸餾4小時(shí)后，停止加熱，保持消解罐在自然狀態(tài)下冷卻至室溫。提取消解罐中的剩余液體至容量瓶中，用超純水充分清洗消解罐體和塞子，然后將清洗液一同移入定量瓶中，定容后搖勻待測(cè)。

3 檢測(cè)結(jié)果分析

3.1 同位素和內(nèi)標(biāo)選定

硼元素含量測(cè)定的精度受到多原子離子的影響，而硼在自然界中的同位素有兩種，分別是10B和11B。其中后者形成的峰可能會(huì)與12C形成的質(zhì)譜峰重疊，影響硼元素含量的測(cè)定，為了避免測(cè)量工作中干擾現(xiàn)象的出現(xiàn)，選定10B來(lái)進(jìn)行硼元素含量的測(cè)定。

由于在該種測(cè)量方法中，基體效應(yīng)不可避免，因此要選用內(nèi)標(biāo)來(lái)抵消基體效應(yīng)帶來(lái)的不利影響。此外，采用內(nèi)標(biāo)還可以監(jiān)測(cè)和糾正信號(hào)的長(zhǎng)短期漂移，進(jìn)而提高檢測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。內(nèi)標(biāo)元素的選定，要考慮其電離電勢(shì)和質(zhì)量數(shù)與待測(cè)元素相近，因此，內(nèi)標(biāo)元素選定鈹，并采用在線(xiàn)加入的方式。

3.2 分辨率和沖洗液的選定

分辨率是對(duì)相鄰質(zhì)譜峰進(jìn)行區(qū)分的能力大小，分辨率的大小主要是由狹縫間距的大小決定的。對(duì)同一樣品進(jìn)行檢測(cè)，不同的分辨率會(huì)有不同的檢測(cè)結(jié)果，當(dāng)設(shè)置的分辨率較低時(shí)，測(cè)量數(shù)據(jù)會(huì)受到拖尾峰重疊的干擾，當(dāng)分辨率較高時(shí)，離子的傳輸效率就會(huì)相應(yīng)的降低，從而造成靈敏度的下降。由于樣品中含有較多的碳元素，12C尾部和40C4+的質(zhì)譜峰會(huì)對(duì)10B的測(cè)定造成干擾，所以要采用較高的分辨率，進(jìn)而去除這些不利的影響。

硼元素具有較強(qiáng)的記憶效應(yīng)，適宜的沖洗液可以避免進(jìn)樣時(shí)的污染，保證測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。通過(guò)用超純水、2%的HNO3、2%的氨水溶液進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，通過(guò)對(duì)比試驗(yàn)的分析，可知用2%的氨水溶液進(jìn)行沖洗的效果最好，因此，優(yōu)選2%的氨水溶液作為沖洗液。

3.3 儀器和方法檢出限

儀器檢出限是指對(duì)空白樣品進(jìn)行11次的連續(xù)檢測(cè)，3倍標(biāo)準(zhǔn)偏差所對(duì)應(yīng)的濃度值，而方法檢出限是指對(duì)空白樣品進(jìn)行11次的連續(xù)檢測(cè)，3倍標(biāo)準(zhǔn)偏差所對(duì)應(yīng)的樣品含量。通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)量，試驗(yàn)中所用儀器的檢出限為0.22ng/mL，硼元素的方法檢出限為0.34 ng/mL，其遠(yuǎn)小于改進(jìn)前的檢出限，因此，改進(jìn)后的硼元素檢測(cè)方法具有較高的精確度。

3.4 方法準(zhǔn)確度

改進(jìn)后的方法對(duì)煤中硼元素的檢測(cè)結(jié)果如下表所示，由表中的具體數(shù)據(jù)可以看出，硼元素的測(cè)定值非常接近真實(shí)值，相對(duì)誤差小于12%，精密度小于0.6%，因此，該方法測(cè)定煤中的硼元素具有較高的精度。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，采用改進(jìn)后微波消解法測(cè)量煤中硼元素的含量具有較高的精度，并且該方法測(cè)量速度快、精確度高、操作簡(jiǎn)便，特別適用于批量進(jìn)行測(cè)定。希望該方法能對(duì)研究煤成因的科研人員提供精確的數(shù)據(jù)支持，推動(dòng)我國(guó)的煤炭行業(yè)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]姚海云，譚靖，郭冬發(fā)，等.同位素稀釋電感耦合等離子體質(zhì)譜法測(cè)定高純石英中痕量硼[J].質(zhì)譜學(xué)報(bào)，2004（2）：77-83.