鋼研納克Plasma 2000ICP光譜儀測(cè)定車(chē)用三元汽車(chē)尾氣催化劑中鉑、銠、鈀的含量
摘要： 采用電感耦合等離子體光譜法對(duì)汽車(chē)尾氣催化轉(zhuǎn)化器中貴金屬鉑、銠、鈀的含量進(jìn)行測(cè)定。優(yōu)化了測(cè)定的條件，調(diào)節(jié)觀測(cè)高度及載氣流量，使得載氣流量為0.46L/min。該方法適用于車(chē)用催化劑中貴金屬元素鉑、銠、鈀的測(cè)定。
關(guān)鍵詞：ICP-AES; 車(chē)用催化劑；貴金屬元素
根據(jù)中華共和共環(huán)境保護(hù)部的《機(jī)動(dòng)車(chē)防治年報(bào)2014》，中國(guó)2013年的機(jī)動(dòng)車(chē)保有量達(dá)到2.32億輛，尾氣排放已經(jīng)成為我國(guó)空氣污染的重要來(lái)源之一。汽車(chē)尾氣催化劑能夠有效的降低汽車(chē)尾氣中污染物的排放量，從而達(dá)到改善大氣環(huán)境質(zhì)量，保護(hù)環(huán)境的效果。汽車(chē)尾氣催化劑中的貴金屬成分是有效的催化成分，其含量和負(fù)載情況是催化劑性能好壞的判斷依據(jù)。
ICP-AES作為一種快速定量分析的手段，其分析速度快，具有較低的檢出限，并且精密度良好，動(dòng)態(tài)范圍寬。本文研究了使用國(guó)產(chǎn)全譜掃描電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀（plasma 2000）測(cè)定汽車(chē)尾氣催化劑中貴金屬元素鉑、銠、鈀的方法，取得了滿(mǎn)意結(jié)果。
1 實(shí)驗(yàn)部分
1.1 儀器及參數(shù)
實(shí)驗(yàn)過(guò)程中ICP-AES Plasma 2000具體參數(shù)見(jiàn)表1
表1 鋼研納克plasma2000 ICP光譜儀器主要工作參數(shù)
儀器工作參數(shù) 設(shè)定值 儀器工作參數(shù) 設(shè)定值
射頻功率／W 1150 輔助氣流速／L·min-1 0.5
冷卻氣流速／L·min-1 15 蠕動(dòng)泵轉(zhuǎn)速/rpm 20
載氣流速／L·min-1 0.5 進(jìn)樣時(shí)間/s 25
曝光時(shí)間/s 8 讀數(shù)方式 峰面積
全功能型微波化學(xué)工作平臺(tái)：上海市屹堯儀器科技發(fā)展有限公司。
1.2 試劑
鹽酸，ρ≈1.18 g/ml，優(yōu)級(jí)純，北京化工廠(chǎng)；
硝酸，ρ≈1.42g/ml, 優(yōu)級(jí)純，北京化工廠(chǎng)；
氫氟酸，MOS級(jí)。
Pt、Rh、Pd的標(biāo)準(zhǔn)溶液，質(zhì)量濃度均為1000 μg/ml，國(guó)家鋼鐵材料測(cè)試中心；
所有溶液用水均為二次去離子水。
1.3樣品制備
由于汽車(chē)尾氣催化劑為多孔狀結(jié)構(gòu)，無(wú)法直接進(jìn)行測(cè)定，因此需要將樣品破碎后進(jìn)行小結(jié)處理。本實(shí)驗(yàn)中首先將催化劑完全破碎，粉末球磨成200目以下的粉末，而后使用四分法進(jìn)行取樣，樣品待處理。圖1是制備前的樣品。 圖2為制備后的樣品
圖1 車(chē)用催化劑制備前樣品
圖2 車(chē)用催化劑制備后樣品
1.4 樣品處理
稱(chēng)取0.5g試樣于微波消解罐中，加入5ml王水，5mlHF，進(jìn)行微波消解。而后轉(zhuǎn)移至150ml的聚四氟乙烯燒杯中，在180℃下蒸干溶液，而后加入10ml王水，3mlHF，加熱溶解，冷卻后轉(zhuǎn)移至50ml容量瓶中，定容搖勻，而后干過(guò)濾待測(cè)。微波消解條件如表2所示。
表2 微波消解條件
步驟 溫度（℃） 壓力（atm） 時(shí)間（min）
2 結(jié)果與討論
2.1 樣品溶解條件的選擇與確定
車(chē)用催化劑的載體為堇青石，其化學(xué)成分為2MgO2·Al2O3·5SiO2，其中也可能包括一些其他雜質(zhì)元素，基體較為復(fù)雜，溶解困難。因此實(shí)驗(yàn)過(guò)程中使用多種方法溶解樣品，即加熱板消解法，酸溶回渣法及微波消解法，終經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證及分析，選擇微波消解法作為消解方法。加熱板消解法消解樣品，是將樣品放置于聚四氟乙烯燒杯中，加入王水及氫氟酸與高氯酸，回流及冒盡高氯酸煙，反復(fù)8次后定容過(guò)濾樣品。但樣品并未溶清，還存在大量的沉淀，而且耗時(shí)過(guò)長(zhǎng)，其測(cè)定結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)樣品比偏低。酸溶回渣是稱(chēng)取樣品后進(jìn)行酸化，而后將之過(guò)濾，濾渣放入馬弗爐中在堿性條件下灼燒，保留濾液。而后將濾渣濾液合并后定容待測(cè)。酸溶回渣有以下問(wèn)題，一是實(shí)驗(yàn)過(guò)程中使用到了鉑金坩堝，因此車(chē)用催化劑中的鉑元素?zé)o法測(cè)定，會(huì)引入新的干擾。二是實(shí)驗(yàn)過(guò)程復(fù)雜，時(shí)間長(zhǎng)，同時(shí)并未完全溶解樣品。三是其測(cè)定結(jié)果比標(biāo)準(zhǔn)樣品值偏低。因此放棄此方法。使用微波消解法耗時(shí)短，過(guò)程簡(jiǎn)單，選用此方法。
2.2 分析譜線(xiàn)的選擇
對(duì)于同一種元素，ICP-AES Plasma2000有多條譜線(xiàn)可供選擇用于檢測(cè)，但是由于基體的影響和其他元素對(duì)待測(cè)元素可能產(chǎn)生的干擾，需要對(duì)推薦的譜線(xiàn)進(jìn)行干擾考察和選擇。光譜掃描后，根據(jù)樣品中各待測(cè)元素的含量及譜線(xiàn)的干擾情況，選其靈敏度適宜、譜線(xiàn)周?chē)尘暗颓覠o(wú)其他元素明顯干擾的譜線(xiàn)作為待測(cè)元素的分析線(xiàn)。此外，譜線(xiàn)選擇時(shí)，應(yīng)盡量將背景位置定位于基線(xiàn)平坦且無(wú)小峰的位置，同時(shí)左右背景的平均值盡可能與譜峰背景強(qiáng)度一致。譜線(xiàn)選擇結(jié)果見(jiàn)表3。
表3 各元素分析線(xiàn)
元素/nm Pt Rh Pd
波長(zhǎng) 265.945 343.488 229.651
2.3 載氣流量的選擇
使用Rh343.488nm為調(diào)節(jié)線(xiàn)，使用ICP-2000進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)載氣流量，其進(jìn)步步速為0.1L，記錄其強(qiáng)度時(shí)的載氣流量，為0.46L/min。以此流量作為分析時(shí)使用的流量。并使用Rh343.488nm為調(diào)節(jié)線(xiàn)，進(jìn)行矩管準(zhǔn)直的調(diào)節(jié)。記錄其強(qiáng)度處的位置。以此載氣流量及位置測(cè)定元素值。
2.4 加標(biāo)回收率
為評(píng)價(jià)方法精密度及準(zhǔn)確度, 對(duì)3種樣品（標(biāo)1，跑1，圓1）中的貴金屬元素鉑。銠、鈀進(jìn)行了加標(biāo)回收率試驗(yàn)，其余各元素的回收率均在94%-97%之間（結(jié)果見(jiàn)表4）。
表4 各元素加標(biāo)回收率
分析元素 加入量/mg/g 實(shí)際值
/mg/g 檢出量/ mg/g 回收率/ %
Pt 0.08 0 0.0753 94
Rh 0.4 0.23 0.6225 98
Pd 6 2.87 8.71 97
2.5 實(shí)際樣品測(cè)定與標(biāo)準(zhǔn)值對(duì)比
使用索克定值樣品進(jìn)行分析，分析結(jié)果見(jiàn)表5，結(jié)果表明，各元素分析結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)樣品參考值一致，說(shuō)明此方法準(zhǔn)確、可靠。
分析元素 Pt Rh Pd
標(biāo)1測(cè)定值 0 0.236 5.05
標(biāo)1標(biāo)準(zhǔn)值 0 0.255 4.85
標(biāo)2測(cè)定值 0 0.254 12.41
標(biāo)2標(biāo)準(zhǔn)值 0 0.252 12.35
3 結(jié)論
采用納克公司生產(chǎn)的Plasma 2000 型全譜型掃描發(fā)射光譜儀測(cè)定車(chē)用催化劑中貴金屬元素鉑、銠、鈀等元素，可一次性完成對(duì)多種元素的測(cè)定，適用于各級(jí)檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)進(jìn)行多批次、多項(xiàng)目產(chǎn)品的元素檢測(cè)。

鋼研納克ICP光譜儀測(cè)定稀土汽車(chē)尾氣凈化催化劑中Ce、La、Pr、Y、Al、Zr的含量
摘要：研究國(guó)產(chǎn)單道掃描ICP光譜儀Plasma1000測(cè)定稀土汽車(chē)尾氣凈化催化劑中的主量元素Ce、La、Pr、Y、Al、 Zr的方法。選擇了合適的分析線(xiàn)，并采用基體匹配與背景扣除法進(jìn)行干擾校正。采用所建立的方法對(duì)實(shí)際樣品中的6種元素進(jìn)行了測(cè)定，RSD小于3%且測(cè)定結(jié)果與參考值一致。本法已用于稀土汽車(chē)尾氣凈化催化劑的快速檢測(cè)，并獲得了滿(mǎn)意的結(jié)果。
關(guān)鍵詞：ICP-AES; 稀土汽車(chē)尾氣凈化催化劑；鈰；鑭；鐠
汽車(chē)工業(yè)的發(fā)展為人類(lèi)交通帶來(lái)便利, 但同時(shí)也帶來(lái)嚴(yán)重的大氣污染。汽車(chē)排放的尾氣中主要含有CO、HC、NOX,可導(dǎo)致溫室效應(yīng)、酸雨和城市光化學(xué)煙霧,影響生態(tài)環(huán)境,危害人體健康。為解決這一問(wèn)題,安裝尾氣催化凈化器是各國(guó)普遍采用的機(jī)外凈化方法[1]。
從20世紀(jì)90年始, 鈰鋯固溶體在汽車(chē)尾氣凈化催化劑中的使用受到國(guó)內(nèi)外的廣泛關(guān)注。研究發(fā)現(xiàn), 在CeO2中摻雜Zr4 +、La3+和Y3+等可提高CeO2 的高溫?zé)岱€(wěn)定性，降低CeO2的還原溫度。由于其價(jià)格低、熱穩(wěn)定性好、活性較高、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，因此在汽車(chē)尾氣凈化領(lǐng)域備受青睞。鈰鋯固溶體的研究成為目前稀土催化材料研究的熱點(diǎn)[2]。
ICP-AES以其檢出限低、精密度好、動(dòng)態(tài)范圍寬、分析速度快等優(yōu)點(diǎn)在稀土材料的分析領(lǐng)域已得到了廣泛的應(yīng)用[3-6]。但是在稀土汽車(chē)尾氣凈化催化劑中的檢測(cè)還很少報(bào)道。本文研究了使用國(guó)產(chǎn)單道掃描ICP光譜儀測(cè)定稀土汽車(chē)尾氣凈化催化劑的主量元素，取得良好效果。
1 實(shí)驗(yàn)部分
1.1 儀器及參數(shù)
Plasma1000單道掃描電感耦合等離子體光譜儀（鋼研納克檢測(cè)技術(shù)有限公司）：高純氬（純度≥99.999%），光柵為3600條/mm。功率1.15 Kw；冷卻氣流量18.0 L/min，輔助氣流量0.8 L/min，載氣流量0.2 L/min；蠕動(dòng)泵泵速20 rpm；觀測(cè)高度距功率圈上方12 mm；同軸玻璃氣動(dòng)霧化器，進(jìn)口旋轉(zhuǎn)霧室，三層同軸石英炬管，中心管2.0 mm。
1.2 試劑
鹽酸，ρ≈1.18 g/ml,優(yōu)級(jí)純，北京化工廠(chǎng)；硝酸,ρ≈1.42 g/ml,優(yōu)級(jí)純，北京化工廠(chǎng)；硫酸ρ≈1.84g/ml,優(yōu)級(jí)純，北京化工廠(chǎng)；Ce、La、Pr、Y、Al、Zr的標(biāo)準(zhǔn)溶液質(zhì)量濃度均為1000 μg/ml，國(guó)家鋼鐵材料測(cè)試中心；所用溶液用水均為二次去離子水。
1.3 樣品處理
1.3.1 稱(chēng)取0.1 g試料，精確至0.0001 g。置于250 ml燒杯中，加10 ml王水、10 ml（1+1）硫酸，加熱至冒硫酸煙，冷卻至室溫后加10 ml王水加熱溶解鹽類(lèi)，取下冷卻。
對(duì)于含量在30%以下的元素的測(cè)定，移入200 ml容量瓶中，補(bǔ)加10 ml（1+1）硫酸、10 ml王水，加水定容，混勻；
對(duì)于含量在30%以上的元素的測(cè)定，移入500ml容量瓶中，加水40 ml（1+1）硫酸，40 ml王水，加水定容，混勻。
1.3.2 標(biāo)準(zhǔn)系列溶液的配制
表1 各元素的濃度（g/ml）
標(biāo)液 1 2 3 4
Ce 50.00 80.00 110.00 140.00
La 10.00 20.00 30.00 40.00
Pr 20.00 30.00 40.00 50.00
Y 5.00 10.00 25.00 40.00
Al 80.00 100.00 120.00 140.00
Zr 80.00 100.00 120.00 140.00
2 結(jié)果與討論
2.1分析譜線(xiàn)的選擇
由于稀土元素譜線(xiàn)復(fù)雜，因此在譜線(xiàn)選擇上要充分考慮其光譜干擾。采用對(duì)所選譜線(xiàn)進(jìn)行輪廓掃描的方法，即用純?cè)噭┱业奖粶y(cè)元素的峰位，在此峰位及其附近掃描實(shí)際樣品終確定合適的譜線(xiàn)并在其合適的位置扣除背景，從而消除或減少干擾。
表2 推薦的分析線(xiàn)
元素 分析線(xiàn)/nm
Ce 446.021
La 333.749
Pr 422.535
Y 324.228
Al 309.271
Zr 343.823
2.2 實(shí)際樣品測(cè)定結(jié)果
處理了3種牌號(hào)的實(shí)際樣品，在plasma1000上按照本文的方法測(cè)定了各元素的含量，結(jié)果如下：
表3 實(shí)際樣品測(cè)定結(jié)果
樣品 含量w/%
Ce Zr La Pr Y Al
1# 12.01 20.70 3.90 - 1.83 24.16
2# 48.62 21.57 2.54 5.38 - -
3# 23.97 42.20 4.22 - 3.77 -
注：“-”為含量小于該元素的檢出限。
2.3 方法精密度試驗(yàn)
將3種牌號(hào)的樣品，在plasma1000上進(jìn)行了精密度測(cè)試，各元素測(cè)定11次。試驗(yàn)結(jié)果表明, 方法精密度RSD值小于3%。
表4 方法精密度實(shí)驗(yàn)
元素 含量w% RSD/% 元素 含量w% RSD/%
Ce 12.01 1.50 Y 1.83 0.69
48.62 0.21 3.77 0.33
23.97 0.63 Al 24.16 1.38
La 3.90 0.65 Zr 20.70 0.79
2.54 0.84 21.57 0.44
4.22 0.75 42.20 0.73
Pr 5.38 0.59
3 結(jié)論
以上研究表明，應(yīng)用單道掃描型ICP-AES Plasma1000儀器測(cè)定稀土汽車(chē)尾氣凈化催化劑中的Ce、La、Pr、Y、Al、 Zr時(shí)準(zhǔn)確度高、精密度好。該方法簡(jiǎn)便、快速，完全滿(mǎn)足實(shí)際產(chǎn)品分析需求。

鋼研納克Plasma 2000ICP光譜儀測(cè)定汽車(chē)尾氣催化劑中貴金屬含量
摘要：采用電感耦合等離子體光譜法對(duì)汽車(chē)尾氣催化轉(zhuǎn)化器中貴金屬鉑、銠、鈀的含量進(jìn)行測(cè)定。優(yōu)化了測(cè)定的條件，調(diào)節(jié)觀測(cè)高度及載氣流量，使得載氣流量為0.46L/min。加標(biāo)回收率表明該方法的加標(biāo)回收率在94%-98%之間。該方法適用于車(chē)用催化劑中貴金屬元素鉑、銠、鈀的測(cè)定。
1.3樣品制備
由于汽車(chē)尾氣催化劑為多孔狀結(jié)構(gòu)，無(wú)法直接進(jìn)行測(cè)定，因此需要將樣品破碎后進(jìn)行小結(jié)處理。本實(shí)驗(yàn)中首先將催化劑完全破碎，粉末球磨成200目以下的粉末，而后使用四分法進(jìn)行取樣，樣品待處理。圖1是制備前的樣品。圖2為制備后的樣品。
2 結(jié)果與討論
2.1 樣品溶解條件的選擇與確定
車(chē)用陶瓷催化劑的載體為堇青石，其化學(xué)成分為2MgO2·Al2O3·5SiO2，其中也可能包括一些其他雜質(zhì)元素，基體較為復(fù)雜，溶解困難。因此實(shí)驗(yàn)過(guò)程中使用多種方法溶解樣品，即加熱板消解法，酸溶回渣法及微波消解法，終經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證及分析，微波消解法具有消解效果好，樣品處理簡(jiǎn)單，速度快，因此選擇微波消解法作為消解方法。
2.2 分析譜線(xiàn)的選擇
對(duì)于同一種元素，ICP-AES Plasma2000有多條譜線(xiàn)可供選擇用于檢測(cè)，但是由于基體的影響和其他元素對(duì)待測(cè)元素可能產(chǎn)生的干擾，需要對(duì)推薦的譜線(xiàn)進(jìn)行干擾考察和選擇。光譜掃描后，根據(jù)樣品中各待測(cè)元素的含量及譜線(xiàn)的干擾情況，選其靈敏度適宜、譜線(xiàn)周?chē)尘暗颓覠o(wú)其他元素明顯干擾的譜線(xiàn)作為待測(cè)元素的分析線(xiàn)。此外，譜線(xiàn)選擇時(shí)，應(yīng)盡量將背景位置定位于基線(xiàn)平坦且無(wú)小峰的位置，同時(shí)左右背景的平均值盡可能與譜峰背景強(qiáng)度一致。譜線(xiàn)選擇結(jié)果見(jiàn)表2。
結(jié)論
車(chē)用催化器是防止汽車(chē)尾氣污染大氣的重要防治手段之一。車(chē)用催化器中的催化活性組分為鉑、銠、鈀。而鉑、銠、鈀作為貴金屬，價(jià)格昂貴，其在車(chē)用催化器中的含量決定著車(chē)用催化器的性能及生產(chǎn)成本，因此準(zhǔn)確定量檢測(cè)其含量成為了車(chē)用催化器的重點(diǎn)之一。
本文采用納克公司生產(chǎn)的Plasma 2000 型全譜型掃描發(fā)射光譜儀測(cè)定車(chē)用催化劑中貴金屬元素鉑、銠、鈀等元素，討論了檢測(cè)樣品的制備，溶樣條件的選擇，分析譜線(xiàn)的測(cè)定，載氣流量的確定及加標(biāo)回收率的測(cè)定，并且與標(biāo)準(zhǔn)樣品進(jìn)行比對(duì)，結(jié)果準(zhǔn)確可靠。本方法可一次性完成對(duì)多種元素的測(cè)定，適用于各級(jí)檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)進(jìn)行多批次、多項(xiàng)目產(chǎn)品的元素檢測(cè)。

國(guó)產(chǎn)ICP光譜儀 測(cè)定糖果和豆奶粉中的微量金屬元素
摘要:分別以干法灰化和濕法消解兩種不同的方法處理糖果和豆奶粉樣品，用北京納儀器有限公司產(chǎn)Plasma 1000 型
電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜( ICP － AES) 測(cè)定食品中的Ca、Mn、Zn、Ti、Pb、Cd 元素。并對(duì)兩種方法進(jìn)行了加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)，回收率
在95． 8% ～ 102． 5%之間。
糖果和豆奶粉主要是有機(jī)物，但其中含有微量Ca、Mn、Zn 等對(duì)人體有益的金屬元素，為了改善糖果的性狀還偶爾會(huì)加入TiO2、乳酸鈣等食品添加劑［1］，國(guó)家食品檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)Pb、Cd 有害重金屬有嚴(yán)格，所以對(duì)食品中微量金屬元素的檢測(cè)十分有必要。食品中元素的分析方法繁多［2 － 6］，如: 石墨爐原子吸收法、氫化物原子熒光法等，一種方法往往只能檢測(cè)一種或者少數(shù)幾種元素，比較費(fèi)時(shí)費(fèi)力。電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜( ICP－ AES) 是近年來(lái)受到廣泛使用的元素檢測(cè)儀器，可以對(duì)處理好的樣品進(jìn)行多元素同時(shí)測(cè)定。本文以某品牌糖果和豆奶粉為例［7 － 9］，分別以干法灰化和濕法消解兩種不同方法處理樣品，用北京納儀器有限公司生產(chǎn)的Plasma 1000 型ICP － AES 測(cè)定其中的Ca、Mn、Zn、Ti、Pb、Cd 元素，為相關(guān)食品檢測(cè)提供了一種便利合理的方法，供生產(chǎn)單位和檢測(cè)部門(mén)參考借鑒。
電感耦合等離子體發(fā)射光譜法( ICP － AES) 分析樣品具有多種元素同時(shí)測(cè)定、檢出限低、線(xiàn)性范圍寬、干擾小等優(yōu)點(diǎn)，被越來(lái)越多的運(yùn)用到食品檢測(cè)行業(yè)。測(cè)定食品類(lèi)樣品前處理方法主要有濕法消解和干法灰化兩種。濕法消解具有步驟簡(jiǎn)便、不易引入污染等優(yōu)點(diǎn)，但某些有機(jī)物在與高氯酸冒煙時(shí)極不穩(wěn)定，容易噴濺、著火、甚至爆炸，具有一定危險(xiǎn)性，此時(shí)易用干法灰化。干法灰化的優(yōu)點(diǎn)是可以處理大量樣品，但測(cè)量一些易揮發(fā)的元素?cái)?shù)值會(huì)偏低。而且有的樣品在灰化時(shí)幾乎全部揮發(fā)，所?；曳謽O少甚至沒(méi)有，此時(shí)易用濕法消解。還有少數(shù)樣品單用一種手段極難全部溶解，可能要綜合處理，先灰化再冒高氯酸煙消解，甚至使用微波消解或者堿融。
總之，根據(jù)不同樣品具體采用不同的前處理方法，用ICP －AES 測(cè)定食品中的微量金屬元素，該方法簡(jiǎn)單快速，Ca、Mn、Zn、Ti、Pb、Cd 元素回收率在95． 8% ～ 102． 5% 之間，結(jié)果準(zhǔn)確可靠，為食品生產(chǎn)廠(chǎng)商和相關(guān)檢測(cè)部門(mén)提供了一種便宜實(shí)用的檢測(cè)途徑。