有色金属深加工与再生实用分析技术
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2.3 有色金属分析试样的分解和预处理

在分析工作中,一些样品可以以固体样品形式分析。如对于X射线荧光分析法,固体样品需要用固体缓冲物质稀释,以减少样品与标准品之间的变化,减少基质效应;固体样品还可以通过沉淀方法从较稀的水相样品中得到,这种方法更适合中子活化分析。除可以用试样直接进行分析的样品之外,通常都是先把试样溶解,制成溶液,再进行分析测定。有些试样还要进行处理、分解。因此,试样的处理是分析工作的重要步骤之一。我们必须掌握各种试样的处理方法,尤其是难分解的试样,这是确定快速、准确分析方法的前提。一般优先选择单一酸分解法(作为样品的初始处理方法),以及几种酸分解大量样品的方法。考虑到有色金属可能包裹在不溶残渣中,应该慎重地使用这些方法。

试样的预处理效果直接影响有色金属分析测试数据的质量,针对具体样品采用适当的样品消解方法并辅之合适的分离富集手段,是有色金属元素测试分析取得成功的关键。在有色金属元素测试分析中,试样消解一般采用火试金法、酸溶法、碱熔法和氯化法等;分离富集一般采用吸附法、溶剂萃取法、离子交换法、沉淀法和共沉淀、蒸馏法和流动注射等。在有色金属元素的测试分析过程中通过选择不同的预处理方法,可以获得更好的测试分析数据。有关分离富集方法将在第5章中介绍,本节主要介绍有色金属试样的分解方法和预处理方法。

2.3.1 试样处理的一般要求

(1)对需溶解成溶液的试样的处理要求

①试样需分解完全,处理后的溶液不应残留原试样的细屑或粉末。

②试样处理过程中待测成分不应有挥发和损失。如测定有色金属深加工产品中的S2-、C时,不能用酸处理试样。

③试样处理过程中不应引入被测组分与干扰物质。如测定有色金属深加工产品中的S时,显然不能用H2SO4溶解试样,在分析超纯物质时,应当用超纯试剂处理试样,若用一般试剂则可能引入数十倍甚至上百倍的被测组分。在很多情况下,加入的试剂可能干扰化学反应的进行,在确定分析方案时应充分考虑这一问题。

(2)对不需溶解成溶液的试样的处理要求

对不需要制成溶液的试样(即试样、实验室样品),可在对试样稍加处理(如混匀、清洗、外形加工等)后,直接进行检验,但应做到保持其待测特性不发生任何改变。如检测有色金属粉体时,不能使其受热、撞击而发生团聚和氧化等。需控制颜色的产品应尽快观测,以免样品发生氧化反应、还原反应或吸潮而变色。监测水质时,应按标准规定的方法保存样品,可在现场测定的项目尽量在现场测定或在现场实现保存条件的控制。分析有色金属化合物产品中的水分时,试样应密封,以防水分挥发或吸潮。

(3)湿存水的处理

一般样品往往含有湿存水(也称吸湿水),即样品表面及孔隙中吸附了空气中的水分。其含量多少随着样品的粉碎程度和放置时间的长短而改变。试样中各组分的相对含量也必然随着湿存水的多少而改变。例如含氰化亚金钾的潮湿样品100g,其中金含量为60%,由于湿度的降低样品质量减至95g,则金的含量增至60/95=63.2%。所以在进行分析之前,必须先将分析试样放在烘箱里,在100~105℃烘干(温度和时间可根据试样的性质而定,对于受热易分解的物质可采用风干的办法)。用烘干样品进行分析,则测得的结果是恒定的。对于水分的测定,可另取烘干前的试样进行测定。

2.3.2 试样的分解方法

在分析工作中,样品分解的目的就是将试样中的待测组分全部转变为适合于测定的状态,或将组成复杂的试样处理成简单、便于分离和测定的形式。一般先将试样分解,制成溶液,再进行测定。试样的分解工作是分析工作的重要步骤之一。由于试样的品种繁多,性质各异,所以分解方法也有所不同。分解试样的主要方法有溶解法、熔融法、半熔(烧结)法、燃烧法、升华法及增压溶解法等。一般无机试样的分解方法常用的有溶解法和熔融法,有机试样的分解方法可用消化法和灰化法。

分解是分析的第一个步骤,如果分解不完全,则使测定变得没有实际意义。同时,分解要使待测离子的状态尽可能与测定要求一致,引入的金属离子应愈少愈好。分解的操作应简便、安全、不污染环境。下面针对各种不同的有色金属样品的分解方法进行逐一介绍。

2.3.2.1 有色金属矿物原料的分解

有色金属在矿物原料中赋存状态的特殊性,使其分解成为分析中的一个难题。普通有色金属矿物的分解技术已不能满足要求,需用一些特殊的分解技术才能解决难溶有色金属矿物的分解。由于有色金属二次资源的复杂性和多样性,在试样分解时常常借鉴有色金属在矿物原料中的分解技术。这些技术主要是干法分解技术和湿法分解技术。干法分解技术包括火试金法、合金碎化法、高温氯化法、碱熔法和烧结法。湿法分解技术包括常压酸分解法、高压酸分解法、交流电化分解法等。根据矿石的组成和待测元素的情况选用合适的分解技术。含硫或砷的矿石需焙烧后再分解。

(1)焙烧

贵金属在矿石中除以自然金、铂等形式存在外,还以各种化合物、合金形式存在,并常伴生在硫化铜镍矿和其他硫化矿之中。用王水分解此类矿样时,由于硫的氧化不完全,易产生元素硫,并吸附金、铂、钯等,使测定结果偏低,尤其对金的吸附特别严重,故需要先进行焙烧处理,使硫氧化为SO2而挥发。焙烧温度的控制是很重要的,温度过低,分解不完全;温度过高会烧结成块,影响分析测定。常用的焙烧温度在600~700℃之间。焙烧时间与试样量和矿石种类有关,一般在1~2h。不同硫化矿的焙烧分解情况不同,其中黄铁矿最易分解,其次是黄铜矿,最难分解的是方铅矿。

含砷金矿,特别是在砷含量在0.2%以上,且砷含量比金高800倍条件下焙烧时,砷和金易生成一种易挥发的低沸点化合物而损失。因此,此类矿样的焙烧温度一定要控制在650℃以下。

含砷金矿的焙烧是先将矿石置于高温炉中,再从室温开始慢慢地升温至400℃,保温2h,使大部分砷分解、挥发,然后升温至650℃,使硫和剩余的少量砷全部挥发。为了提高焙烧效率,缩短焙烧时间,可在矿石中加入NH4NO3、Mg(NO32 等助燃剂。如试样中硅含量较高,加入部分NH4HF2 对分解SiO2 是有好处的。

含银硫化矿的焙烧,因生成难溶的硅酸银,测定结果严重偏低。为此,用酸分解焙烧试样时,加入HF以分解硅酸银,即可得到满意的结果。

含铂族元素硫化矿的焙烧与含金硫化矿相同。如含锇试样进行焙烧时,锇易被氧化为OsO4挥发损失。为减少损失,可在焙烧炉中通入氢气,硫以H2S形式挥发;或按10∶1∶1∶1的比例将矿石、NH4Cl、(NH42CO3、炭粉混合后焙烧,可加速硫的氧化,对锇有保护作用。

(2)分解

贵金属在自然界中含量极微,且分布不均匀,加之抗酸碱腐蚀性强,分解很困难。其干法分解方法包括火试金法、各种熔融法、烧结法和氯化法;湿法分解方法包括常压和高压条件下的酸分解法。本节仅介绍一些常用的方法。

①火试金法 火试金法是一种古老而迄今仍然被使用的方法,对贵金属的分解、富集有特殊效果,是一种小型火法熔炼技术,贵金属二次资源中贵金属的分解常采用此方法。它是将固体熔剂与矿样混合进行高温熔融反应,生成的合金熔体富集贵金属且沉于底部,而贱金属等生成硅酸盐、硼酸盐渣浮于表面,冷却后,取出合金扣,如以铅为捕集剂,得到的是铅扣,再将铅扣置于灰皿上,进行灰吹,最后得到贵金属合粒,从而达到分解、分离、富集的目的。贵金属合粒常用于分析测定。

至今经典的铅试金法仍是贵金属分离和富集中最有效、最准确可靠的方法。火试金法已在原铅试金的基础上发展成各种新的试金法,主要有锡试金、锑试金、铋试金、锍试金、铜铁镍试金等,并应用现代新的技术对设备和操作方面做了改进,提高了铑、铱、锇、钌的富集率并改善了操作条件。

火试金法的取样量较大,可以取几十克,甚至上百克的试样,对分布不均匀的试样是很必要的;适用范围广,几乎可以应用于所有贵金属矿石分析;富集效率很高,即使十分复杂的试样,经试金后也能清晰地将贵金属与其他元素分开,十分有利于后面工序的测定。因此,火试金法是贵金属矿石分析中必不可少的手段。

金矿石中金的火试金法分解与富集是称取50g试样 (预先在110℃条件下烘干),加70g Na2CO3、50g PbO、8g硼砂、2g面粉,混匀,置于试金坩埚中,加5mg Ag(以AgNO3溶液加入),烘干。用食盐覆盖,厚度约1cm,放入预先升温至800℃的熔炉中,继续升温1h至1200℃,保温1min。取出坩埚,将熔融物倒入铸模中,冷却。将铅扣锤成正方形,熔渣全部保留,以备第二次回收。将灰皿先放入已升温到900~1000℃的灰吹炉中,预热30min,再将铅扣放入灰皿中,关闭炉门,待熔融铅去掉浮膜后,半开炉门,使炉温降到850℃,进行灰吹。待灰吹接近完成时,再升温至900℃,使铅彻底除尽。然后取出灰皿,冷却,即得到金银合粒。本法也适用于矿石中铂、钯的分解和富集。

硫化铜镍矿中铑、铱的分解与富集是称取50g试样,加75g PbO、50g Na2CO3、35g硼砂、45g玻璃粉、3g面粉,混匀,置于试金坩埚中,加6mg铂、4mg钯溶液置于试样的中心部位,烘干,表面覆盖一层食盐,放入预先升温至800℃的熔炉中,缓慢升温,使其充分反应。经30min后快速升温至1100~1150℃,保温15min。取出,将熔融物倒入热的铸模中,冷却。取出铅扣,锤打除去炉渣,并锤成正方形。将灰皿置于已升温到700~800℃的灰吹炉中,预热30min,再继续升温到900℃。将铅扣放入灰皿中,关闭炉门,待铅扣熔化后,微开炉门,进行灰吹至吹完。取出灰皿,冷却,即得到富集了铑、铱的铂钯合粒。合粒用封管氯化法溶解和测定。用铂金合粒富集硫化铜镍矿中铑、铱的效果也较好。

Pt、Pd、Au、Rh和Ir等大块的贵金属经适当的退火后不被单一的无机酸腐蚀。已经证实某些铂丝样品不能被王水定量地分解。然而有氧气存在时,分散成金属细粉状的少量钯能被单一的盐酸完全溶解。现在可以获得一些可供选择的分解有色金属的方法。可根据某一种金属的性质和前面所述的因素,选择其中的一个。测定铂、钯和金时,由火试金法产生的熔珠常用王水溶解。对于从金矿样品中得来的熔珠,要求先将银从基体中浸取出来,留下的金、残渣能够退火,而后称重。为此通常采用硝酸来溶解熔珠。这种分解法也能溶解熔珠中分散状的钯,有时采用熔融法来分解贵金属,最为有效的熔剂是NaOH、Na2O2和KNO3的混合物。

分析地质样品时多用试金法,其中铅试金法只能准确测定Au、Pt、Pd和Rh;而镍锍试金法相对较好,基本可回收所有贵金属,但应注意镍锍试金中试剂带来的“空白”问题,为降低空白,应提纯试金过程中所用的镍料和有关试剂。地矿样品有时也用酸溶法,其中王水溶样较为普遍,该法虽简便,但效果较差。溶样过程中加入HF效果较优,这样可消除包裹金现象及不溶硅酸盐残渣对贵金属的吸附。碱熔法用得较少,用微波密闭酸溶后,不溶残渣用碱熔效果较好。金属材料及环境生物样品多采用酸溶法处理。总之,在制样溶(熔)样过程中,不但要注意降低空白,避免待测元素的损失;还要考虑基体、酸、碱及其他试剂的引入对分析谱线产生的干扰。

在处理矿石、岩石、矿物、电镀液、工业产品的复杂样品以及有机样品时可用火试金法作为分解方法的第一步。经这样处理后,分析工作者可信心十足地继续进行其余的分解步骤。

②酸分解法 酸分解法是最常用的方法,操作简便,不需特殊设备,不需引入无机盐。酸溶法是利用酸的酸性、氧化还原性及形成配合物的性质,使试样溶解,制成溶液。钢铁、合金、部分金属氧化物、硫化物、碳酸盐矿物、磷酸盐矿物等常采用此法溶解。常用于溶剂的酸有盐酸、硝酸、硫酸、磷酸、高氯酸、氢氟酸以及它们的混合物等,具体见表2.2。

表2.2 酸分解法主要溶剂的性质及应用范围

酸溶法被广泛应用在有色金属分析测试中。用酸溶的方法从样品中分离贵金属元素,与火法试金相比更加快速、经济。一般在酸溶后需要进一步净化和预富集。酸溶处理的样品量要比火试金法和氯化法小得多,一般为0.5~5g,最大为20g。用HCl、HF、HClO4、HNO3、HBr、Br2、H2O2的几种混合溶液在高压或者微波强化的条件下把样品中的铂族元素溶出。为了达到更好的效果,也使用王水来溶出。王水所产生的新生态氯具有极强的氧化能力,是溶解金矿和某些铂族矿石的有效试剂。溶解金时可在室温条件下浸泡,加热使溶解加速。溶解铂、钯时,需用浓王水并加热。此外,分解金矿的试剂很多,如HCl-H2O2、HCl-KClO3、HCl-Br2等。被硅酸盐包裹的矿物,应在王水中加少量HF或其他氟化物分解硅酸盐。酸分解法不能用于含铑、铱矿石的分解,此类矿石只有在高温、高压的特定条件下强化溶解才能完全溶解。目前应用的玻璃封管法和聚四氟乙烯闷罐法,一般用王水或HCl-H2O2作溶剂,溶解温度为140℃或更高,但用于溶解大量试样有困难。将微波强化溶解用在分析环境样品中的铂族元素上,铂族元素的溶出率达到90%以上。用高压溶出对上述方法进行改进。酸溶法不但分离效率较低,尤其对地质样品,而且对于不同的样品处理的方法也不相同,但是由于其具有快速、成本低、空白低、易操作等特点,在很多情况下仍采用这种方法。用酸逐级溶解,可研究地质样品中铂族元素在各个物相中的分布。

卡洛斯(Carius)管消解是一种古老的技术,但其最近才开始用于有色金属的分析测试中。Carius 管消解对于低含量的有色金属分析,其最大的优点在于过程空白低。在一种改进的石英Carius 管中用酸来溶解地质样品,用同位素稀释-多接收器-等离子质谱仪( ID-MC-ICP-MS) 测定有色金属。这种方法避免了使用较难纯化的固体熔剂,比如镍火试金法中用的镍、硼酸钠、碳酸钠等,并且在整个流程中只用较少量易于纯化的HCl、HNO3和HF,因此极大地降低了试剂空白。Carius 管消解测定有色金属的缺陷在于其具有潜在的危险性,容易对操作人员造成伤害,且样品容易丢失。此外,该法的样品处理量小(因样品类型而异,最大可处理5g) 。

③熔融法 用溶解法不能分解或分解不完全的试样,常采用熔融分解法。进行熔融分解的目的是利用碱性或酸性熔剂与试样在高温下的复分解反应,生成易溶解的反应产物。由于熔融时反应物的浓度和温度(300~1000℃)都比用溶剂溶解高得多,所以熔融法的分解能力比溶解法强得多。

熔融法按使用的熔剂性质不同,分为酸熔法和碱熔法两种。常用的酸性熔剂有焦硫酸钾、硼砂、偏硼酸锂等;常用的碱性熔剂有无水碳酸钠、碳酸钾、氢氧化钾、氢氧化钠、过氧化钠等。选择熔剂的基本原则是:酸性试样用碱性熔剂,碱性试样用酸性熔剂,使用时还可加入氧化剂、还原剂助熔。碱熔法常用来熔解两性金属铝、锌及其合金以及它们的氧化物、氢氧化物等。在测定铝合金中的硅时,用碱熔解使硅以Si形式转移到熔液中,从而避免了用酸熔解可能造成的硅以SiH4形式挥发损失。主要熔剂的性质、使用条件及应用范围见表2.3。

表2.3 主要熔剂的性质、使用条件及应用范围

熔融多在坩埚中进行,坩埚的材料不同,耐高温、耐腐蚀的程度也不同。坩埚的种类有瓷坩埚、铂坩埚、银坩埚、铁坩埚、镍坩埚等。熔融时应根据分析试样的组成和对分析的不同要求选择合适的熔剂和容器。

由于熔融法的操作温度较高,有时可达1000℃以上,且必须在一定的容器中进行,除由熔剂带进大量碱金属离子外,所用的容器因受到熔剂的侵蚀,还会带入相应的容器材料离子;同时,某些组分在高温下挥发损失严重,也会给后续的分析测定带来影响,甚至使某些测定不能进行。因此,在选择试样分解方法时,应尽可能地采用溶解法。某些试样,也可以先用酸溶分解,剩下的残渣再用熔融法分解。当用溶剂不能溶解试样时,可用熔融分解法。熔融分解法是将试样与固体熔剂混合,在高温下加热,使试样中的全部组分转化成易溶于水或易溶于酸的化合物(如钠盐、钾盐、硫酸盐和氯化物等)。

常用的是Na2O2熔融法,几乎可以分解所有含有色金属的矿石,但对粗颗粒的锇铱矿很难分解完全,常需要用合金碎化后再碱熔才能分解完全。本法的缺点是引入了大量无机盐,坩埚腐蚀严重,又带入了大量铁、镍。使用镍坩埚还能带入微量有色金属元素。此法多用于无机酸难以分解的矿石。

有色金属矿样的Na2O2分解是称取5g试样于镍坩埚 (或铁坩埚、高铝坩埚)中,加质量为试样的3~4倍的Na2O2并混匀,表面再覆盖一层Na2O2。将坩埚放入已升温至650℃的马弗炉中,熔融10~15min,此时熔体透红,已无残渣沉于底部,即分解完全。取出,稍冷却,将坩埚放入大烧杯中,趁热用水浸取,并洗净坩埚。浸出液用HCl中和并酸化,煮沸至清亮 (测定锇、钌时,应将浸出液先移至锇、钌蒸馏瓶内再酸化,以防OsO4、RuO4 挥发损失),有色金属都以氯配合物的形式存在。

除Na2O2熔融法外,固体熔剂还有KOH-KNO3、NaOH-NaClO3等。BaO2烧结法也可用于有色金属矿样分解,它是将BaO2与难溶物料充分混匀后,在800~900℃之间烧结,用稀酸浸取,必要时,加H2SO4沉淀钡,然后过滤分离,但一次难以分解完全,需进行二次分解。常用熔剂和坩埚见表2.4。

表2.4 常用熔剂和坩埚

①“+”可以进行熔融;“-”不能用于熔融。以免损坏坩埚。近年来采用聚四氟乙烯坩埚,代替铂器皿用于氢氟酸溶样。

采用Na2O2或者Na2O2和NaOH 的混合物,与待测样品混合放入坩埚,加热到1600℃熔融,富含铂族元素的金属相被酸溶解,经过净化和富集后直接用仪器测试。碲共沉积、萃取和离子交换经常被用来处理熔化物,再用中子活化法测定,测试过程中把熔化和辐射合并在一起来操作。用Na2O2熔融样品,碲共沉积,ICP-MS 测定铂族元素和金,方法准确、简单,检出限为(1~9)×103ng/ g,回收率达90%以上。

碱熔法的特点是:熔样所用的坩埚很小,这是其与火试金法的区别;分解物质原料形成可溶于水的有色金属盐类;碱熔法一般适用于铂族元素在各相中分布比较均匀的样品分析。和酸溶法相比,溶解较完全;和火试金法相比,试剂的空白也比较低。因此,碱熔法被广泛应用。碱熔法通常和酸溶法结合使用,常用于进一步消解酸溶后的残余,两者相结合是处理难溶样品的最佳方法。

碱熔法的不足在于样品处理量比较小,当分析铂族元素分布不均匀的样品时,容易受取样误差的影响,同时样品溶液中还有大量钠盐存在,以及来自化学药品和坩埚壁的污染。和酸溶法相同,试样经碱熔后,需进一步纯化和预富集,可采用Te共沉淀、离子交换和溶剂萃取分离等方法。如用HNO3-HCl-HF-HClO4的混合物在封闭的微波消解皿中溶解0.5g样品,不溶残渣用少量1∶1的Na2O2-Na2CO3或Na2O2处理,再用0.5mol/L HCl溶解。

④合金碎化法 难溶物料的溶解在很大程度上取决于物料的分散度。合金碎化法就是利用难溶物质与活泼金属合金化后,再用酸除去活泼金属,而使难溶物料成为分散度极好的细粉。含铱、钌等的矿物,如锇化铱即使用高压酸分解,其溶解速度也是缓慢的,需用锌、锡、铅、铋、铝等金属碎化,再做适当地溶解。此法的缺点是不可避免地引入了大量杂质,给分析带来了一定困难。

锇化铱矿的合金碎化分解是准确称取锇化铱试样,置于石墨坩埚(或瓷坩埚)中,加入10~20倍锌 (锌应为化学纯,不含铅;否则用HCl处理合金时,将产生PbCl2沉淀),表面覆盖一层LiCl和NaCl的混合物。将坩埚置于600℃马弗炉中,保温30min,再升温至800℃,保温1~2h,经常摇动坩埚,混匀。熔炼完成后,取出坩埚,冷却。置于500mL烧杯中,用HCl(1+1) 溶解锌块,至锌块与坩埚分离后,取出坩埚并洗净。待锌块完全溶解后,用致密滤纸过滤,将残渣全部转入漏斗中,用水洗残渣至无Cl-。残渣和滤纸在60℃条件下烘干 (不能灼烧,以免锇被氧化而挥发损失)。将残渣从滤纸上倒出,滤纸灰化,并与残渣合并。此时得到非常细的锇化铱粉末,再用Na2O2熔融法溶解,即可完全分解;或将残渣置于锇、铱蒸馏瓶中,在HCl介质中通入氯气进行水溶液氯化溶解,并蒸馏锇、铱。

⑤高温氯化法 高温氯化法是在高温条件下,通入氯气与矿物反应,生成相应的氯化物达到分解的目的,多用于王水难以分解的矿物,如锇铱矿等。氯化法的特点是分解能力强,但需要专门设备,批量分析不方便。

锇化铱矿的高温氯化分解是称取10mg锇铱矿于石英舟中,用100mg NaCl覆盖表面。石英舟置于180mm长石英管中。在管式炉中加热至700℃,从管的一端通入氯气,反应7h。从管的另一端逸出的气体通过4个吸收瓶吸收,吸收瓶内装有经SO2饱和的HCl[c(HCl)=6mol/L]。冷却后用HCl[c(HCl)=1mol/L]溶解石英舟内的盐,并与吸收液合并,即可进行锇的蒸馏分离。在蒸残液中测定铱。

高温氯化法是一种分解有色金属样品卓有成效的方法,它对金属铱等惰性物质的分解特别有用。各种在火试金法中遇到困难、复杂的样品,现已采用氯化法来分解。本法最大处理样品量可达250g,解决了因铂族元素在矿石中分布不均匀带来的误差,检出限为0.06~0.28ng/g。

高温氯化法突出的优点是试剂空白非常低,样品消耗量在25~250g,如此的样品消耗量可以克服有色金属元素在样品中分布不均匀的问题,是一种地质样品中铂族金属和Au测试分析的有效前处理方法。但是,该法的局限性在于只能提取样品中以金属、自然合金或者硫化物形式存在的有色金属,而样品中不溶于氯化相和非金属相的物质内也可能含有有色金属,故该法是一种不完全的偏提取方法。

2.3.2.2 有色金属二次资源的分解

有色金属二次资源的溶解方法是多种多样的,其目的都是将待测的有色金属元素全部转入溶液。考虑到进一步采用的测定方法,试样溶解后使用的介质应尽量满足测定所需的条件。

(1)载体催化剂的分解

催化剂广泛应用于石油化工的各种精炼以及汽车、矿山机械等的废气净化方面。应用的有色金属有铂、钯、钌、铑、铱等。根据应用领域的不同可以制成各种各样的催化剂。纯铂族金属制成的催化网是一种合金,如硝酸工业用铂-钯-铑催化网。载体催化剂在载体上吸附有色金属,其中有色金属含量一般为万分之几到千分之几,载体有Al2O3、SiO2、ZrO2等。若催化剂试样的类型和有色金属的含量可知,在对催化剂试样进行溶解时,应针对不同载体采用不同的溶解方法。载体催化剂的分解较简单,采用酸溶法或碱熔法均可分解完全。

①灰化分解法 灰化分解法适用于分解含有机物的试样,测定有机物中的无机元素。此法主要有定温灰化法、氧瓶燃烧法、燃烧法及低温灰化法等几种。

a.定温灰化法 将试样置于蒸发皿中或坩埚内,在空气中一定温度范围(500~550℃)内加热分解、灰化,所得残渣用适当溶剂溶解后进行测定。此法常用于测定有机物和生物试样中的多种金属元素,如锑、铬、铁、钠、锶、锌等。

b.氧瓶燃烧法 在充满氧气的密闭瓶内引燃有机物,瓶内用适当的吸收剂吸收其燃烧产物,然后用适当的方法测定。此法广泛用于测定有机物中的卤素、硫、磷、硼等元素。

c.燃烧法 在氧气流存在下,试样在燃烧管中燃烧,用Na2SO3和Na2CO3的混合溶液作吸收液吸收燃烧产物,然后用适当的方法测定。此法主要用于测定有机物中的卤素和硫等元素。

d.低温灰化法 在低温灰化装置(<100℃)中借助高频激发的氧气将有机试样氧化分解。此法可以测定有机物中的多种无机元素,如银、砷、镉、钴、铬、铜、铁、汞、碘、锰、钠、镍、铅及铂等。

②酸分解法 酸分解法是一种理想的分解方法,可以使有色金属在溶样时与载体分开,并使测定简单化,适用于分解有机物试样,可测定有机物中的金属、硫、卤素等元素。此法常用硫酸、硝酸或混合酸分解试样,在凯氏烧瓶中加热,试样中的有机物即被氧化成CO2和H2O,金属元素则转变为硫酸盐或硝酸盐,非金属元素则转变为相应的阴离子。下面简要介绍几种混合溶剂。

a.浓硫酸和浓硝酸的混合酸 利用这种混合酸在凯氏烧瓶中分解有机试样,可以测定试样中的金、铋、钴、铜、锑等金属元素。

b.硝酸和高氯酸的混合酸 将67%HNO3和76%HClO4以1∶1的比例混合,和试样一起在催化剂存在下,在凯氏烧瓶中由室温慢慢加热将试样分解。可以测定砷、磷、硫及除汞外的其他金属元素。

c.浓硫酸和过氧化氢 在试样中先加浓硫酸,然后加适量的30%过氧化氢,从而使试样分解。可以测定有机物中的银、金、砷、铋、汞、锑、锗等元素。

d.浓硫酸和重铬酸钾 利用这种混合溶剂在凯氏烧瓶中将有机试样分解,可以测定试样中的卤素。

e.发烟硝酸和硝酸银 试样中加入发烟硝酸与硝酸银,在闭管中加热(250~300℃)5~6h,使试样分解,可以测定试样中的溴、铬、硫等元素以及测定挥发性有机金属化合物。

根据试料性质,可使用不同比例、类型的混合酸分解,其中主要是盐酸-硝酸混合酸。常用的溶剂是王水,因有色金属在载体表层分散很细,不仅铂、钯、金易溶解,而且铑、铱也可定量溶解。对于以活性炭为载体的钯或铂催化剂,可用硝酸-高氯酸发烟除碳化物,并尽量除去高氯酸,再加盐酸使之转化为钯或铂的氯化物;也可于500~700℃灼烧除尽碳化物,再用还原剂如甲酸、水合肼于低温下还原因灼烧而形成的氧化铂或氧化钯后,用盐酸-硝酸混合酸溶解。除去催化剂中的有机物,可用硫酸发烟使有机物碳化,用过氧化氢除尽碳化物,然后用盐酸-硝酸混合酸溶解。

③加压消解法 用王水或王水-氟化氢、盐酸-过氧化氢混合物于聚四氟乙烯消化罐和烘箱中在150℃消解试样。

④碱熔融法 用过氧化钠或过氧化钠-氢氧化钠混合熔剂于镍坩埚或高铝坩埚和马弗炉中在700~800℃熔融试料,然后用水浸取、盐酸酸化。以活性炭为载体的催化剂,于500~700℃灼烧除尽碳化物,再用碱熔融。

在以上方法中,以混合酸分解法应用最为普遍,但加压消解法操作简便,分解完全。对于含钌的催化剂,碱熔是最适宜的方法。

水溶液氯化法也是分解有色金属的重要手段。对于磨细的含铂、钯、金的催化剂是一种有效方法,对铑、铱的溶解效果稍差。水溶液氯化法和酸分解法基本上不溶解载体。Al2O3载体可用H2SO4溶解。含钌、铱、铑的试样宜用碱熔法分解。废的电容器材料是由氧化铝电容器碎片上含有有色金属的铅涂层构成的,也可用高温氯化法分解。

(2)含氧化硅、氧化镁的铝基催化剂的溶解

①加压消解法 称取研磨至120~200目的试料1~2g于石英舟中,置于马弗炉中升温至700℃,灼烧30min,取出,冷却。将试料转入聚四氟乙烯消化罐中,加15mL盐酸、3mL过氧化氢(30%),密闭。于烘箱中150℃消解8h,取出,冷却。将试液转入300mL烧杯中,煮沸并除去剩余过氧化氢和反应产生的氯气。过滤试液于50mL或100mL容量瓶中,用水稀释至刻度,混匀,待用。

②硫酸-高氯酸-王水溶解法 称取研磨至120~200目的试料1~2g于石英舟中,于马弗炉中升温至700℃,灼烧30min。冷却后将试料转入300mL烧杯中,加少许水润湿,加10mL甲酸,低温还原蒸至近干。加5mL硫酸溶液(1+2)、2.5mL高氯酸溶液(1+1),蒸发至冒白烟,取下,冷却。加1mL氯化钠溶液(250g/L)、10mL王水,低温加热溶解,并蒸发至冒白烟。加5mL盐酸,蒸发至冒白烟,重复3次。取下,加5mL盐酸,转入50mL或100mL容量瓶中(必要时可过滤试液),用水稀释至刻度,混匀,待用。

(3)γ-Al2O3催化剂的溶解

①加压消解法 称取研磨至120~200目的试料1~2g于聚四氟乙烯消化罐中,加15mL盐酸、3mL过氧化氢(30%),密闭。于烘箱中150℃消解8h,取出,冷却。

②酸溶解法 称取研磨至120~200目并于110℃干燥的试料0.5~1g于瓷舟中,于马弗炉中升温至550℃,灼烧2h,取出,冷却。试料转入300mL烧杯中,加6mL硫酸溶液(2mol/L)、2mL王水低温加热溶解,取下。将试液转入50mL容量瓶中,用水稀释至刻度,混匀,待用。

(4)Pd/C(或Pt/C)催化剂的溶解

甲酸还原王水溶解法:称取0.5 g试料于石英舟中,置于马弗炉中升温至600~700℃,灼烧30min,取出,冷却。将试料转入300mL烧杯中,加10mL甲酸低温还原钯(或铂),蒸至近干,取下。加10mL王水,低温溶解钯(或铂),加1mL氯化钠溶液(250g/L),蒸至湿盐状,加5mL盐酸,蒸至湿盐状,重复3次。加5mL盐酸,转入50mL或100mL容量瓶中,用水稀释至刻度,混匀,待用。

(5)其他有色金属废料的分解

①酸溶解法 置换液、铂钯铑废料、电子工业废料:移(称)取一定体积(量)的试液(料)于400mL烧杯中,加20mL王水,低温溶解,重复3次。加1mL氯化钠溶液(250g/L),低温蒸至湿盐状,加5mL盐酸赶硝酸,重复3次。加5mL盐酸,转入50mL或100mL容量瓶中(必要时过滤),用水稀释至刻度,混匀,待用。

②碱熔融法 含铂、钯、铑、铱、锇或钌的废料,王水不溶渣等:称取0.5g试料于50mL体积的镍坩埚中,加约5g过氧化钠与试料混匀,再加约3g过氧化钠完全覆盖试料。于马弗炉中800℃熔融10min,取出,摇动坩埚使之充分混匀,再继续熔融5min。取出,观察到试料呈红色透明液体即表明熔解完全。将坩埚置于400mL烧杯中,用水浸取至盐类溶解。加盐酸酸化试液,并煮沸至试液清亮。待试液冷却后,转入250mL容量瓶中,用水稀释至刻度,混匀。待用。含硫高的试料,需预先在450℃下灼烧10min。含硅高的试料,应先在坩埚中加2~5mL氢氟酸和几滴硫酸,于电炉上加热蒸发至近干,再于马弗炉中升温至600℃灼烧10min。然后用过氧化钠于马弗炉中800℃熔融。

③加压消解法 含铂、钯、铑、铱的废料:称取约0.5g试料于石英舟中,于800℃通氢气还原1~2h,然后将试料转入聚四氟乙烯消化罐中,加15mL盐酸、3~5mL过氧化氢(30%)(或硝酸),于烘箱中150℃消解24h,取出,冷却。将试液转入400mL烧杯中,煮沸并除去剩余过氧化氢和反应产生的氯或加2mL氯化钠溶液(250g/L),低温蒸至湿盐状。加5mL盐酸,低温蒸至湿盐状,重复3次。加5~10mL盐酸,转入一定体积的容量瓶中,用水稀释至刻度,混匀,待用。

2.3.2.3 阳极泥及冶金中间产品的分解

电解铜、镍所得的阳极泥,常含Pt、Pd、Au、Ag,某些阳极泥还含少量Rh、Ir、Os、Ru,它们是提取有色金属的重要原料。铅阳极泥、锑阳极泥主要含Au、Ag,其中也含少量Pt、Pd。

冶金中间产品种类繁多,常见的有铜-镍合金、铜渣、氯化渣、各种浸出渣、各种焙烧渣及精矿等。

含Pt、Pd、Au的试样是称取0.1~1.0g试样,用10~20mL王水加热溶解,反复溶解3次。含Ag的试样可用Na2O2熔融的方法分解。

含Rh、Ir的试样是称取0.2~1.0g试样,置于镍坩埚中,加5~8倍的Na2O2和几粒NaOH。于680~700℃马弗炉中,熔融10min,趁热摇动坩埚,直至试样全部分解。取出冷却,将坩埚放入400mL烧杯中,用水浸取,并洗净坩埚。用HCl中和浸出液至沉淀溶解,并过量20mL,盖上表面皿,煮沸。若有少量未溶沉淀,则加入少量H2O2,再煮沸至沉淀完全溶解。

含Os、Ru的试样是称取0.1~5g试样,置于预先放有Na2O2的铁坩埚中,上面覆盖一层Na2O2。Na2O2用量约为试样的5~6倍。在预先升温至680~700℃马弗炉中,熔融10~15min,至熔体成透明流体,底部无沉淀为止,取出冷却。将坩埚放入400mL烧杯中,用冷水浸取。

2.3.2.4 有色金属及其合金试样的分解

金属试样包括纯金属、合金。高温合金是指以铁、镍、钴为基体,能在600℃以上的高温及一定压力作用下长期工作的一类合金材料。高温合金化学元素非常复杂,分析常规元素达20多种,其中多个分析元素的样品分解方法难度较大。常用的分解方法有常压分解法、高压分解法、微波分解法、电化分解法、高温氯化分解法和碱熔融分解法等,分解所用试剂有盐酸+过氧化氢、盐酸+硝酸、盐酸+硝酸+硫酸(或氢氟酸),必要时再加酒石酸或柠檬酸等。

(1)常压分解法

常压分解法是指在常压条件下用无机酸(HCl、HNO3、HClO4等) 或HCl-H2O2混合液使试样全部溶解的方法。混合型氧化性酸结合氢氟酸能提供溶解样品的酸度、氧化能力和配合作用。

钯-银合金系列(Pd-Ag、Pd-Ni、Pd-Co、Ag-Co、Ag-Mg、Ag-Mn、Ag-Ce、Ag-Cd、Ag-Ni-Mg、Pd-Ag-Co、Pd-Ag-Cu等)可称取0.2g试样,加10mL浓HNO3,微热即可溶解。

金属铂、钯、金可称取0.2g试样,加15mL王水,低温加热即可全部溶解。

含铂、金的合金 (如Pd-Ag-Cu-Au-Pt-Zn合金)可称取0.2g试样,加30mL HCl、1mL HNO3,低温加热即可全部溶解。

(2)高压分解法

较难溶的物质往往能在高于溶剂常压沸点的温度下溶解。在常压条件下,难以用酸分解的铑、铱、钌及其合金,需采用高压分解法,按容器不同分为玻璃封管溶样法和闷罐法两类。

采用密闭容器,用酸或混合酸加热分解试样,由于蒸气压增高,酸的沸点也提高,因而使酸溶法的分解效率提高。在常压下难溶于酸的物质,在加压下可溶解,同时还可避免挥发性反应产物损失。例如,用HF-HClO4在加压条件下可分解刚玉、钛铁矿、铬铁矿、铌钽铁矿等难溶试样。

玻璃封管溶样法是将试样与无机酸溶液放入硬质玻璃管中,在火焰上熔化封口,再将封好的玻璃管在烘箱中加热至140℃,保温一定时间。此法可溶解Pt-Ir、Pt-Rh等合金。而Ir-Rh合金的溶解则需将封好的玻璃管置于钢套内,用干冰或汽油充满钢套并密封,以防玻璃管爆裂,此装置可加热至300℃,管内压力可达约10MPa。最难溶的铱、铑、铱-铑合金均可溶解完全,这是制备铱、铑标准溶液的理想方法。

铂-铱合金可称取0.2g试样,置于硬质玻璃管中,加8mL浓HCl,小心地顺壁加入1mL H2O2。将玻璃封管的下部浸入冰水中,在汽油-氧气喷灯火焰上逐渐加热,并不断转动玻璃管,熔封玻璃管口,经退火后冷却至室温,将封管装入铁套管中 (防止因封管爆炸而损坏设备和其他封管)。在烘箱中加热至140℃并保温至完全溶解,取出,冷却。在离封口10~15mm处用锉刀沿管挫一刻痕,再将封管放在冰箱中,冷冻1~2h。取出,用钳子夹住管头,齐刻痕处折断。将试液倒入烧杯中,用特制洗瓶将封管洗净。本法也适用于Pt-Rh、Pt-Ru、Pt-Ir-Ru、Pd-Ir、Au-Zr等合金和纯铑的分解。

金属铱可称取0.2g试样,置于硬质玻璃管中,加8mL浓HCl,1mL H2O2,按铂-铱合金的方法封口。冷却后置于特制的钢弹内,在弹腔内充满汽油,弹口垫一块紫铜片,然后在弹口上拧上螺母,使之不漏气(如漏气,封管会爆炸)。将钢弹置于坩埚炉中,加热至280~300℃,保温24h,取出冷却至室温。拧开钢弹螺母,取出封管,然后按铂-铱合金溶解操作方法开管,放出溶液。本法也适用于金属钌、铱-铑合金的分解。

采用封闭玻璃管,使用起来麻烦。后来人们普遍采用的是加压装置,类似一种微型高压锅,是双层附有旋盖的罐状容器,内层用铂或聚四氟乙烯制成,外层用不锈钢制成,溶样时将盖子旋紧加热。聚四氟乙烯内衬材料适宜于250℃使用,更高温时必须使用铂内衬。图2.7所示为聚四氟乙烯内衬增压溶解装置。

图2.7 聚四氟乙烯内衬增压溶解装置

1—盖子;2—密封垫板;3—钢外壳; 4—聚四氟乙烯内衬;5—气孔

闷罐法是将试样与无机酸溶剂一起放入罐中,扭紧罐盖螺栓,在烘箱中加热溶解。由于材料限制,加热不能超过250℃,否则聚四氟乙烯将软化变形,此装置不能用于纯铱和铱-铑合金的溶解。闷罐法在140℃条件下操作比玻璃封管法方便,可避免硅的污染。高压分解法常用的溶剂是HCl-氧化剂混合液,氧化剂有HNO3、H2O2、NaClO3等。最强的氧化剂是发烟HNO3,当它与HCl按1∶20混合用于溶解铱时,溶解速度比用王水溶解快20倍。

(3)微波分解法

利用微波的能量溶解试样是利用微波对玻璃、陶瓷、塑料的穿透性和水、含水或脂肪等物质的吸收性,使样品与酸(或水)的混合物通过吸收微波能产生瞬时深层加热(内加热)。这种频率极高的微波产生的变磁场使介质分子极化,极化分子在交变高频磁场中迅速转向和定向排列,导致分子高速振荡(其振动次数达到24.5亿次/s)。分子和相邻分子间的相互作用使这种振荡受到干扰和阻碍,从而产生高速摩擦,迅速产生很高的热量,使整体一起发热,因此升温很快。受到高速振荡与高速摩擦这两种作用,样品表面层不断被搅动破坏,不断产生新的表面与溶剂反应,促使样品迅速溶解。

微波分解法具有消解速度快、试剂用量少等优点,近年来受到重视。微波分解法有常压和增压两种方式。常压微波分解法多用于生物试样,增压微波分解法可用于金属、合金、废渣等试样。用于溶样的装置设备简单,比普通加热溶样速度快。图2.8所示为微波加热装置。

图2.8 微波加热装置

对于微波分解法的应用,如称取0.2500g金属银,置于石英小碗中,放在聚四氟乙烯三脚架上,再置于热压罐 (罐中已先加入5mL浓HNO3) 内,拧紧罐盖。热压罐放在微波炉盘上,旁边放一个盛50mL水的小烧杯,将微波炉调至3挡(320W),定时20min。加热停止后,取出热压罐,拧开罐盖,再取出硝酸银晶体,用AES测定14种杂质元素的含量。

一般来说,从实际因素考虑最好选择微波消解法。微波能量能有效地作用于样品中,不必加热容器、电热板等;样品消解时间显著减少,所需试剂量减少,减小了分析物挥发的概率,与敞开容器相比减小了样品被污染的可能性。密闭容器是由高温聚合物制成,与玻璃或陶瓷烧杯、坩埚等容器相比,减小了吸附金属污染物的可能性。电控微波消解炉微波条件重复性好,自动化的消解系统可减少操作人员的监控工作量。但多数微波消解仪器对处理样品的样品量有一定限制,一般小于1g。对于成分复杂、分布极不均匀的样品来讲,样品的处理量太小容易造成较大的误差。因此,对金属试样包括纯金属、合金等均匀样品的分解,微波消解法就充分体现出其优越之处。

(4)电化分解法

电化分解通过外加电源以使阳极氧化的方法溶解金属。把用于电解池阳极的一块金属放在适宜电解液中,通过外加电流可使其溶解。用铂或石墨作阴极,如果电解过程的电流效率为100%,可用库仑法测定金属溶解量;同时,还可将阳极溶解与组分在阴极析出统一起来,是用于分离、提取和富集某些元素的有效方法。

交流电化分解法是在酸性介质中,利用交流电能的作用使难溶有色金属原子失去电子而进入溶液来达到分解的目的。首先将试样制成薄片作电极,以稀HCl[c(HCl)=2.4mol/L]为电解质溶液。在电极间加上一定电压,控制电流密度为1.3~1.5A/cm2,进行电解。如果待溶物质是粉状或海绵状,则必须用100t压机在一定模子中将其压成薄片,并在气体高温火焰上烧结,即可制得合格的电极板。该法在应用上存在以下问题:①有的合金 (如Au-Ag-Cu合金等)电化溶解后不按比例进入溶液;②产生大量的氯气,污染环境;③不宜成批分解试样等。除个别难溶金属(如铑、铱等)及个别合金(如Pt-Ir合金等)仍然继续应用此方法,目前已很少采用。

(5)高温氯化分解法

高温干法氯化分解分离富集方法已经被应用到测定铂族元素上。一般以单质、合金和硫化物形态存在的铂族元素易溶于NaCl 中,把粉末样品与NaCl混合,在氯气气氛下加热到580℃,所得产物再溶解于稀盐酸中,过滤,可富集溶于稀盐酸的铂族元素。

高温氯化分解法适用于纯铑、纯铱的分解和标准溶液的制备,其缺点是溶液中引入大量NaCl,对AAS和AES的测定不利。

(6)碱熔融分解法

碱熔融分解法的熔剂主要有氢氧化钠和氢氧化钾。碱熔融分解法常用来熔解两性金属铝、锌及其合金以及它们的氧化物、氢氧化物等。在测定铝合金中的硅时,用碱熔解使硅以Si形式转移到溶液中,从而避免了用酸溶解可能造成的硅以SiH4形式挥发损失。

(7)超声波振荡溶解技术

利用超声波振荡是加速试样溶解的一种物理方法,一般适合室温下溶解样品。把盛有样品和溶剂的烧杯置于超声换能器内,把超声波变幅杆插入烧杯中,根据需要调节功率和频率,使之振荡,可使试样粉碎变小,还可使被溶解的组分离开样品颗粒的表面而扩散到溶液中,降低浓度梯度,从而加速试样溶解。对难溶盐的熔块进行溶解,使用超声波振荡更为有效。为了减小或消除超声波的噪声,可将其置于玻璃罩内进行。

2.3.2.5 分解试样带来的误差

溶解或分解过程特别容易带来测定误差,因为,与试样量相比,此时使用大量的试剂,而且条件十分严格。试样的损失将引起负误差,而空白值(污染)带来正误差。

在制备样品时,往往需要进行蒸发。下列几点是很重要的。在蒸发过程中锇会损失,钌也损失一些。蒸发锇的溶液应该在没有氧化剂(如氧化氮)存在时进行,锇对氧化剂很敏感,即使有痕量氧化剂存在也不行。蒸发后的干渣应该避免长时间加热,否则可能产生三氯化铱、三氯化铑和金属态的金等不溶性干渣。在蒸发氯化物的溶液中,加入少量的氯化钠,对尽量减少产生不溶性干渣将是有益的。金电镀液和氰化溶液提金工厂中的分析是一个工业上的难题。为了制备样品,已经提出了各种各样的分析方案,然而对其中某些方法的效率做出严格的评价是必不可少的,特别是在要求回收沉淀时更是如此。在一个铅容器中蒸发氰化溶液,随后进行灰吹或火试金,是常用的方法。

(1)飞沫和挥发

当溶解伴有气体释出或者溶解是在沸点的温度下进行时,气泡在破裂时以飞沫的形式带出分析物,盖上表面皿,可大大减小损失。熔融分解或溶液蒸发时盐类沿坩埚壁蠕升,同样带来误差。尽可能均匀加热(油浴或砂浴)坩埚,或采用不同材料的坩埚,可以避免出现这种现象。

挥发是分析物损失的另一个主要原因,样品干灰化时挥发性金属损失更为严重,镉、铅、汞和锌尤具挥发性。无机物溶解时,除了HX、SO2等挥发外,形成挥发性化合物的元素有As、Sb、Sn、Se、Hg、Ge、B、Os、Ru等,形成氢化物的有C、P、Si及Cr。

溶解试样时若产物具有挥发性可在带回流冷凝管的烧瓶中(图2.9)进行反应,或试样熔融分解时在坩埚上加盖,可减少这种损失。

图2.9 带回流冷凝管的烧瓶

(2)吸附

在绝大多数情况下,溶质损失的相对量随浓度的减小而增加。在所有吸附过程中,吸附表面的性质起着决定性作用。不同的容器,其吸附作用显著不同,而且吸附顺序随不同物质而异。石英容器很少吸附金属离子,一些金属特别是铁、汞、金和钯,用铂坩埚加热时会造成损失,被吸附的金属不仅在分析中损失,而且可能保留在容器内壁,污染此后的分析样品。

将容器彻底清洗能显著减弱吸附作用。除去玻璃表面的油脂,表面吸附大为减小。在许多情况下,将溶液酸化足以防止无机阳离子吸附在玻璃或石英上。阴离子一般吸附的程度较小,因此,对那些强烈被吸附的离子可加配位体使其生成配合阴离子而减少吸附。

(3)泡沫

在蒸发液体或湿法氧化分解试样时,有时会遇到起沫的问题。要解决这个问题,可将试样在HNO3中静置过夜。有时在湿法化学分解之前,在300~400℃下将有机物质预先灰化,对消除泡沫十分有效。防止起沫的更常用方法是加入化学添加剂,如脂族醇,有时也可用聚硅氧烷。

(4)空白值

在使用溶剂和熔剂时,必须考虑到会有较大的空白值。虽然现在有高纯试剂,但相对于试样,这些试剂用量较大。烧结技术作为减少试剂需要量的一种手段,可降低空白值。

不干净的器皿常是误差的主要来源。如坩埚留有以前测定的已熔融或已成合金的残渣,在随后分析工作中可能释出。另外,试样与容器反应也会改变空白值,如硅酸盐、磷酸盐和氧化物容易与瓷皿和瓷坩埚的釉化合,这时应改用石英坩埚,石英仅在高温下才与氧化物反应;对氧化物或硅酸盐残渣,铂坩埚最好。在大多数情况下,小心选择容器材料仍然能够消除空白值。

2.3.2.6 分解方法的选择

试样完全分解是保证分析结果准确的前提。试样分解是一个复杂的问题,应该考虑试样种类、化学组成、性质等,选用适宜的分解方法。

①某些碱金属化合物、氯化物(银、铅、亚汞的氯化物除外)、硝酸盐(锡、锑的硝酸盐除外)、硫酸盐(钙、锶、钡、铅的硫酸盐除外)等,都可用水溶解。

②电位在氢前面的金属,如铁、锌、镍、镁、铝、铅等,首选非氧化性的强酸(盐酸、稀硫酸)溶解,当然也可用氧化性的强酸溶解。

③电位在氢后面的金属,如铜、汞、金等,可用氧化性的强酸或混合酸溶解。

④酸性化合物试样可用碱或碱性溶(熔)剂来溶(熔),碱性化合物可用酸或酸性溶(熔)剂来溶(熔)。

⑤有些难溶(熔)的物质,可考虑用增压法分解。

除了要考虑金属基体的完全分解外,还要考虑试样和溶(熔)剂中其他组分对待测组分有无干扰,以及分解方法对后续测定有无影响。因此,还需考虑以下几个因素。

①个别成分的难溶性 虽然金属溶解,但仍有个别成分因其性质特殊而没有完全溶解,需另外加入其他溶剂,例如测定铜及铜合金中的硅时,加入硝酸溶解试样后,仍需加入少量氢氟酸溶解不溶性的二氧化硅。

②防止个别成分在分解过程中的挥发损失 例如在分析钢铁中的磷时,若单独用HCl或者单独用H2SO4溶解试样,则部分磷生成磷化氢(PH3)而挥发,造成磷的分析结果偏低。用HCl+HNO3或者H2SO4+HNO3分解,则可避免磷的挥发损失。再如用盐酸溶解时,As3+、Sb3+、Se4+等的氯化物容易挥发损失,尤其在加热时;当盐酸蒸发到最后阶段时,Sn4+、Hg2+等的氯化物也容易挥发损失,这是用盐酸溶解时需要注意的。可采用氧化性酸把三价砷氧化成五价砷,以防止三价砷的挥发损失。

③防止个别成分在酸分解后的水解 例如测定锌中的锑时,在加入硝酸溶解的同时加入酒石酸,使溶解生成的锑离子立即与酒石酸配合。

④利用试样分解进行分离 例如溶解铅及铅合金时加入硫酸,不仅可以分解试样,而且可利用硫酸铅沉淀将铅分离除去。

⑤酸溶优先原则 能用酸溶绝不用碱熔,以减少盐类的引入。

⑥最少量溶(熔)剂原则 尽量用最少量的溶(熔)剂分解试样,以减少外来成分的引入,降低空白。

⑦一致性原则 溶(熔)剂与试剂的加入量,同一批次试样要保持一致,试样与标准系列溶液要保持一致,以保持空白相同。

有色金属试样的分解有其特殊性,是分析化学中的一个难题。因为有些有色金属及其合金具有很强的抗酸、碱腐蚀的特点,应用分析化学中常用的无机溶剂和分解技术很难奏效。如铑、铱、钌等金属在常压条件下,用王水也不能溶解;锇化铱矿物在高压条件下溶解也十分缓慢,需要引入一些特殊的技术,如高压(10MPa)溶解技术、交流电溶解技术、微波能溶解技术等,这方面的研究还有待不断地完善和深化。