小铅试金-发射光谱法测定地球化学填图样品中的铂、钯和金分析方法的研究

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  摘 要:报道了一个改进的小铅试金分离富集-AES测定地球化学填图样品中的铂、钯和金分析的方法。对试金用铅试剂提纯进行了改进,研究了酸碱性不同样品的熔料配比,讨论了灰吹过程需注意的事项,规范了灰吹步骤,提高了方法的精密度。将10g样品中的Pt、Pd和Au富集于1mg的银合粒中。方法回收率98.5% ~100.5%,方法的检出限是Pt0.15×10-9,Pd0.17×10-9和Au均为0.25×10-9。对 标样进行分析,测定值与推荐值一致,相对标准偏差8.2~59.6%( n =12) ,满足要求。此法快速、简便,适用于地球化学填图样品的分析。该分析流程简便适于基层实验室大批量开展工作的方法,该法适用于地球化学填图中铂、钯、金的测定。
  关键词:低空白铅试金;灰吹分离;发射光谱法;地球化学填图;铂;钯;金
  火试金法是分析化学中最古老的方法之一。作为贵金属分析中分解样品和富集贵金属的重要手段,与容量法相比分析高含量贵金属时有其独特的优点[1~6]。其他测试方法[7~10]样品富集后还要经过进一步化学处理,过程繁杂。而本方法在提纯试剂及缓冲剂配比、电极形状等与文献[11~14]做了改进。由于铂族元素和金在地壳中含量甚微,要对地球化学填图用样品进行分析贵金属分析,提高分离富集效果和效率是分析的关键。为适应地质填图的需要,根据现有方法的实际情况,对小试金发射光谱法同时测定地球化学填图样品中超痕量Pt、Pd、Au的方法进行了研究。
  本方法采用小试金熔炼,灰吹富集。以低空白值碱式碳酸铅(2PbCO3·Pb(OH)2)试样与火试金熔剂混合,加入1mg银在950℃熔融得到含有贵金属的铅扣,在920℃灰吹得到含有Pt、Pd、Au的银合粒,装入石墨电极,以发射光谱法同时测定Pt、Pd、Au的含量。
  1.实验部分
  1.1仪器
  WP1型一米平面光栅摄谱仪;W9型测微光度计;
  电极 细颈杯型电极 φ 1.5×2.0×0.5mm
  1.2试剂
  粉状Pt、Pd、Au、Ag、Sb(光谱纯);
  Pb片、                   2PbCO3?Pb(OH)2
  Na2CO3(分析纯)           SrO(分析纯)
  Na2B4O7(工业纯)          AgNO3溶液,ρ(Ag)=10mg/mL
  1.3分析步骤
  1.3.1铅试金
  称试样10.000g,将试样放入200mL锥形瓶中,酸性岩加入17gNa2CO3,4gNa2B4O7·5H2O,12g2PbCO3·Pb(OH)2,1.4g面粉。基性和超基性岩加入11g Na2CO3,9gNa2B4O7·5H2O,12g2PbCO3·Pb(OH)2,1.4g面粉。土壤按酸性岩配方进行熔矿。
  将试样和配料混匀后倒入100mL瓷坩埚中,挖一小坑,加入0.1mLAgNO3溶液(ρ(Ag)=10mg/mL),上层覆盖保护剂4~5g左右,将瓷坩埚外套试金坩埚。
  将坩埚置于已升温至950℃的高温炉中,关闭炉门,升温至950℃熔融40min,取出坩埚,将熔融体倒入铁模中,冷却后,砸去熔渣,取出铅扣。
  将铅扣放入已在920℃高温炉内预热20min的灰皿中,关闭炉门升温,待熔铅脱模后,控制温度920℃灰吹30min,取出灰皿。
  从灰皿中取出银合粒,放入5mL瓷坩埚中,加入1mL乙酸(36%)放在已预热的电热板上微热至银合粒上沾污物溶脱,取出银合粒,漂洗二次,放在滤纸上吸干。
  先将银合粒装入φ1.5×2×0.5的石墨下电极中,然后用缓冲剂(石墨粉+氧化锶=8.5+15)充填,电极孔压紧。再将上电极中φ1.9×4×0.5装满缓冲剂压紧。
  1.3.2摄谱
  使用WP1一米平面光栅摄谱仪,交直流电弧发生器,光柵刻数1200条/mm,中心波长300nm,狭缝10μm,中间光栏2mm,交流电弧5A,起弧14A,曝光40s。
  1.3.3暗室处理
  天津紫外Ⅰ型相板   AB混合显影液, 21℃晃影4min,定影至透明,水冲洗。
  1.3.4测光
  9W测微光度计,0.2 mm狭缝,12 mm高度,透过率100%,P标尺测量分析线,黑度及分析线背景黑度,以背景内标法测定。
  1.3.5工作曲线的绘制
  将Pt、Pd、Au标准合粒放入电极中,装样摄谱,同样品分析条件、步骤相同。以△P为纵坐标,以金属量的对数(logC)为横坐标,绘制Pt、Pd、Au的工作曲线。
  1.3.6分析结果的计算
  2.结果讨论
  2.1试剂提纯
  作为捕集剂的铅试剂,无论是市售的氧化铅,还是碱式碳酸铅,含金及其它贵金属都较高(一般ω(Au)=x·10-8)。小试金富集Pt、Pd、Au的试验中,熔一个样需10g氧化铅就会带入几百纳克金等贵金属,此量远高于方法的检出限和一般矿样中贵金属的含量。故所用的铅试剂必须提纯。
  称取1.2kg氧化铅,放入5000mL烧杯中,加3500mL蒸馏水。在搅拌下加600mL HNO3(ρ1.42g/mL)和100mL冰乙酸。搅拌25min,另取1g二苯基硫脲,溶于15mL热的冰乙酸中,趁热将此溶液倒入Pb盐溶液中,继续搅拌2h。加入1g活性炭(粒度0.074mm,经氯化铵溶液浸泡净化),再搅拌1h,减压过滤。滤液盛于20L塑料桶中,不溶物弃去。另取800gNa2CO3,用3000mL热蒸馏水溶解,在搅拌下逐步把Na2CO3溶液加入Pb盐溶液中,直至溶液的pH>8,放置澄清后,倾去上层清液,再用15L蒸馏水洗涤3次,把沉淀移至布氏漏斗上,减压过滤,并用蒸馏水洗涤3次,取出产品,在150℃烘干,研碎后备用。   2.2 Pb片的制备
  市售的高纯Pb箔和Pb片里ω(Au)≥1×10-8。进口Pb箔纯度会高一些,但价格贵且不易买到。从分析角度来看,使用的Pb片应与试金用的碱式碳酸铅属同类产品,才能条件一致,消除和控制背景及杂质的影响,使原材料的影响得以抵消或降至极限。
  称取提纯的2PbCO3·Pb(OH)250g,加入4g面粉混匀,倒入100mL瓷坩埚中,上面覆盖保护剂(2gNa2B4O7·5H2O,2gSiO2,8gNa2CO3的混合物),放入马弗炉,950℃熔炼15 min,倒入铁模中,稍凉,倒出Pb块,砸去渣,用(1+3)HCl溶解周围残渣,使之手感不发滑,蒸馏水冲洗,烘干,可得到约40g左右的Pb块。然后辗成片(或用锤子砸成片)分割成每个重约1g,面积1cm2的Pb表皿。以备用之。
  2.3标准的制备
  标准选用Sb粉(光谱纯)与Pt、Pd、Au(粉)(光谱纯)混匀,熔融成粒珠,水淬形式,与加入Pt、Pd、Au母液活性炭吸附补充Sb粉形式作比较,熔融成粒珠形式的标准工作曲线的线性较好,灵敏度也高于活性炭吸附形式的标准。
  标准系列合粒为每粒含有银1mg,Pt、Pd、Au标准系列见表1。
  称取光谱纯Pt、Pd、Au(粉)各10.00mg置于50mL瓷坩埚中。加入30gSb粉(优级纯)搅匀,上面再覆盖12gSb粉,盖上坩埚盖后,将坩埚放入900℃高温炉中熔融30min,取出坩埚盖,稍冷但在开始结晶前把熔融Sb以细流状全部倒入冷水中,收集全部Sb粒,在110℃烘干,冷却后称重,精确至0.01g,在玛瑙研钵中磨细。设Sb粒质量为WAg,则该标准粉末Pt、Pd、Au的含量为:
  2.3.2制备Pt、Pd、Au标准粉末B
  称取WA×10-2gPt、Pd、Au标准粉末A,置于30mL瓷坩埚中,加15gSb粉搅匀,上面再覆盖7gSb粉,盖上坩埚盖,将坩埚放入900℃高温炉中熔融20min。以下按制备A标准粉末步骤,经水淬,烘干,称重和研磨制得Pt、Pd、Au标准粉末B,设Sb粒为WBg,则该标准粉末中Pt、Pd、Au的含量为:
  2.3.3制备Pt、Pd、Au标准系列粉末
  制备1000套合粒所需的标准粉末及其制备方法如下:
  取7个30mL瓷坩埚,编号1-7,向每个坩埚加入1.00g银粉。称(1×10-6/B)g、(3×10-6/B)g 、(10×10-6/B)gPt、Pd、Au标准粉末B依次放入1~3号坩埚中; 称(0.03×10-3/A)g、(0.1×10-3/A)g 、(0.3×10-3/A)g、(1×10-3/A)gPt、Pd、Au标准粉末A,依次放入4~7号坩埚中,向每个坩埚中加入Sb粉至总质量达16.5 g,搅匀,上面再盖上5gSb粉。盖上坩埚盖,把坩埚放入900℃高温炉中熔融20 min。以下按制备标准粉末A的步骤,经水淬,烘干,称重和研磨,制得Pt、Pd、Au标准系列粉1-7号,设各号Sb粒的质量依次为W1 ,W2,W3,W4 ,W5 ,W6 ,W7。
  2.3.4制备Pt、Pd、Au标准系列合粒
  从Pt、Pd、Au标准系列粉末1-7号分别称取(W1×10-2)g ,(W2×10-2)g ,(W3×10-2)g ,(W4×10-2)g ,(W5×10-2)g ,(W6×10-2)g ,(W7×10-2)g ,精确至0.2mg,即使用时每次称取W1~W7各取21.5 mg,各自置于Pb表皿中,把盛有标准粉末的Pb表皿放入已在920℃预热20min的灰皿中(空灰皿在低温放入升至920℃,恒温20min),灰吹至Pb全部吹尽(实验选择灰吹时间为20min)从灰皿中取出银合粒,放入5mL瓷坩埚中,加入1mL乙酸(36%)放在已预热的电热板上,微热至合粒的沾染物溶脱,取出银合粒,在水中漂洗二次,放在滤纸上吸干。待装样摄谱。
  2.4摄谱工作条件的选择
  2.4.1缓冲剂的选择
  銀合粒的摄谱不同于一般的粉末光谱法,它在电弧中极易喷溅,因此缓冲剂首选要考虑能稳定电弧燃烧,保证分析再现性,根据Pt、Pd、Au的光谱性质,采用石墨粉、碳酸锶、氧化锶配制缓冲剂进行试验。见图1
  由试验证明两种缓冲剂的稳定性相差不多,第1种缓冲剂的谱线背景稍大一点,缓冲剂2使分析元素的谱线强度略有提高。我们确定用缓冲剂2。
  2.4.2电极规格的选择
  选用细颈杯型电极,此型电极电阻大,热导低,电极温度高,蒸发速度快,有利于Pt、Pd、Au元素的激发与蒸发。对此型三种规格电极作蒸发行为试验。
  电极Ⅱ型明显的各元素的谱线黑度低,不利于分析灵敏度的提高。Ⅰ、Ⅲ型各元素的蒸发情况比较相似,蒸发行为较好,可以得到较大的谱线强度,根据挥发率,Ⅰ、Ⅲ型规格电极均可。考虑到钯的分析Ⅰ型电极由于钯的蒸发在5秒内就出现很大强度。如果摄谱调整电极不到位或起弧电流不稳定,会影响到钯的曝光损失,所以选用Ⅲ型为分析电极。
  
  2.4.3曝光时间选择
  根据光谱测定过程分析元素的蒸发曲线及样品平行实验确定,见图3。由实验决定曝光时间定为40秒。
  2.4.4工作电流及光栏的选择
  按常规分析分别用14A和16A电流摄谱测定同一样品,结果不相上下,定为14A工作电流。
  按常规分析分别对3mm光栏和2mm光栏摄谱测定同一样品,认为2mm光栏更能提高信噪比。
  2.5样品熔融及灰吹试验
  试样的熔融好坏,直接影响到分析结果的正确性,通过对样品熔融试验分析认为:
  (1)950℃熔融40 min尚可,小于40 min,熔样不好,造成结果偏低。
  (2)920℃灰吹30 min,时间长于30 min易造成贵金属氧化损失。   2.6方法技术指标
  2.6.1方法检出限
  按照样品分析步骤制备13份样品空白进行测定,计算相应的标准偏差。按XL=X0+3S计算方法的检出限,列于表2。
  2.6.2方法的精密度与准确度
  选用铂族元素地球化学国家一级标准物质GBW07289、GBW07290,按拟定的分析步骤进行12次测定,结果列于表3。测定值与标准值吻合。
  3.注意事项
  本法仅对个别的铂族标样(土壤、水系沉积物)做Pt、Pd样品分析。配料时样品与试金熔剂要充分混匀,试剂的颗粒要细。随同试样进行空白试验,所用试剂取同一瓶,加入同样量。试金坩埚中会有~10-9的金,需用瓷坩埚熔融样品,瓷坩埚要提前用王水煮10~20分钟,清洗烘干,方可使用。同时为防止瓷坩埚裂漏,要将试金坩埚放入下面套起来用。有条件最好使用高铝坩埚。Pb蒸气有毒,样品熔融和灰吹应在高效通风橱中进行。土壤及酸性岩中,铂、钯元素含量较低,即处于工作曲线下部,极易影响分析准确度,因而对摄谱、洗相条件要严格控制。摄谱注意调节电极距离,保证弧烧稳定。工作曲线最好摄取两组,双点平行,以保证分析质量。
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