电感耦合等离子体发射光谱法测定铂

　　摘要：铂具有独特的物理性能及化学性质，广泛应用于现代科技及生产的各个领域。铂在地壳中的含量甚微，二次资源中的铂含量远比自然界岩石矿物中铂的含量高，具有很高的回收利用价值。在二次资源中铂族金属回收研究工作中，需要测定提取铂后剩余物中铂的含量。

建立了真空蒸馏预富集?电感耦合等离子体发射光谱法测定铅试样中微量铂的方法。在真空条件下，利用Pb和Pt在较高温度下蒸汽压的差别进行分离，富集后的铂溶解制成溶液后进行电感耦合等离子体发射光谱检测，实现了真空密闭回收铅。针对试样的特点，对真空蒸馏方法理论上的可行性进行研究。结果表明：在蒸馏温度为1250K，真空度为30Pa，蒸馏时间为3h条件下，铂的富集分离效果最好，可富集至99.01%以上。线性范围为0.023～20mg/L，检出限(3σ)为0.0069mg/L，对样品测定的相对标准偏差为1.7%(n=6)。用本方法对样品中加入的铂标准溶液进行了测定，回收率为99.8%～103.0%。本方法简便快速、无污染，已应用于废电路板贵金属冶余物料中铂的测定。

【关键词】真空蒸馏预富集；电感耦合等离子体发射光谱；铂；铅

AbstractAmethodwasestablishedforthedeterminationofplatinuminleadsamplesbyICP?AESafterseparatedandenrichedbyvacuumdistillation.Undertheconditionofvacuum,platinumandleadcanbeseparatedathightemperaturebecauseoftheirdifferentvaporpressures.TheenrichedplatinumwasdeterminedbyICP?OESafterdissovled,andalsoleadwasrecoveredinvacuum.Theoreticalfeasibilityofthevacuumdistillationmethodandtheinfluencefactorssuchastemperature,timeandpressurehavebeenstudied.Theresultsindicatedthatcontentofplatinuminresidueishigherthan99.01%undertheconditionsoftemperatureof1250K,pressureof30Paandtimeof3h.Thedetectionlimit(3σ)was0.0069mg/Lwithrelativestandarddeviationsof1.7%.Awidelinearrangeof0.023－20mg/Landtherecoveryof99.8%－103.0%wereobtained.

KeywordsVacuumdistillationseparationandenrichment;Inductivecoupledplasmaatomicemissionspectrometry;Platinum;Lead

1引言

电感耦合等离子体发射光谱法(ICP?ＡES)由于具有检出限低、精密度好、干扰水平低、线性范围宽等优点,已成为元素分析中的常用方法[3～７]，样品涉及环境、化工、材料、生物、矿产等广泛领域。由于本实验的样品中主体是铅，而铂含量极低，需要通过有效的富集分离手段[８，９]纯化富集待测物和除去基体干扰才可直接测定样品中铂的含量。真空蒸馏法是在真空条件下，利用不同金属在同一温度下蒸汽压的差别对其进行分离，是一种简单高效、低能耗、清洁地分离富集贵金属的方法[１０～1２]。本实验利用Pb和Pt在同一温度下蒸汽压的较大差别进行真空分离，并系统研究了蒸馏温度、蒸馏时间和真空度对分离富集效果的影响，建立了ICP?ＡES测定铅试样中微量铂的方法。

2实验部分

2.1仪器与试剂

实验所用蒸馏装置如图1所示。主要设备包括自制真空电阻炉、真空泵、麦式真空表和TCW?32B型智能化数显温控仪。

电感耦合等离子体发射光谱仪(美国PerkinElmer公司)，工作条件：功率为1300W，雾化气流量0.80L/min，辅助气流量0.20L/min，Pt检测波长265.945nm。

本实验的Pb?Pt合金选用分析纯的金属Pb和纯度为99.95%金属Pt配制。

1.0g/L铂标准贮备液：称取光谱纯金属铂0.1000g，溶于王水中，加入0.2gNaCl，于水浴上蒸干；加3mLHCl，反复蒸干两次；加入10mLHCl和20mL水，溶解后定容至100mL。使用前逐级稀释成5mg/L的标准工作溶液。实验用的各种试剂均为优级纯或分析纯，实验用水为二次蒸馏水。

2.2实验方法

2.2.1真空蒸馏分离Pb?Pt合金

将10g配制好的Pb?Pt合金置于耐高温材料制成的坩埚中，放入真空蒸馏炉，抽真空，升至适当温度恒温一段时间，降温，收集冷凝器上的冷凝铅及坩锅中的蒸余物，称重并按以下公式计算Pb脱除率(ＲＰb)及蒸余物中Pt含量(CPt)。RPb(％)=１００×(m2－m1)／10ω１(１)

ＣＰt(％)=１００×10ω２／［１０－(m2－m1)］(２)式中，m1为蒸馏前冷凝器的质量(g)；m2为蒸馏后冷凝器的质量(g)；w1为样品中Pb的质量分数；w2为样品中Pt的质量分数。

2.2.2样品的测定

称取10g样品于耐高温材料制成的坩埚中，在最佳实验条件下进行真空蒸馏，降温冷却后将坩埚取出。直接向石英坩埚中加3～5mL王水，在电热板上加热至坩埚中的金属小颗粒溶解，然后将溶液转移到50mL烧杯中，在电热板上蒸发至小体积；以蒸馏水定容到25mL，用ICP?ＡES测定Pt的含量，并计算回收率。

3结果与讨论

3.1真空蒸馏预富集原理

真空蒸馏分离Pb?Pt试样是在真空条件下，利用Pb与Pt在相同温度下蒸汽压的差别进行分离。纯物质的蒸汽压与温度的关系可由式(３)表示：lgP=AT－１＋ＢlgT CT D(3)式中：Ｐ为纯物质的饱和蒸汽压，A，B，C和D为蒸发常数。

从相关手册[1３]查得Pb与Pt的蒸汽压参数，代入上式，分别得到Pb与Pt的蒸汽压(毫米汞柱)计算公式，然后根据这些公式，将蒸汽压单位转换为Pa，分别绘制Pb和Pt的lgＰ?T曲线,如图2所示。

由图2可见，随着温度升高，Pb和Pt蒸汽压都增大；在相同温度下，Pb的饱和蒸汽压远高于Pt的饱和蒸汽压。在1100～1250K之间，Ｐ?Pb/P*Pt约为1013，Pb比Pt更易蒸出。因此，在真空条件下，控制适当温度，Pb和Pt分离是可能的，Pb优先蒸发成气相，Pt残留在蒸余物中，达到分离提纯的目的。

3.2蒸馏温度对分离效果的影响

控制真空度为30Pa，将所配制的含10%Pt的Pb?Pt合金，分别于1100,1150,1200和1250K恒温蒸馏3h，考察蒸馏温度对Pb脱除率及蒸余物中Pt含量的影响。

由图3可知，在1100～1150K范围内，随温度升高，Pb脱除率明显增大；当温度高于1150K后，Pb脱除率提高趋势变缓；蒸余物中Pt含量随温度升高而增大。综合考虑，为了得到较纯的金属Pt，蒸发温度选取1250K较为合适。此时，Pb脱除率为99.9%，直接回收并得到纯金属Pb；同时，Pt含量也由原料中的10%富集至99.2%，分离提纯Pb及富集Pt的效果显著。

3.3蒸馏时间对分离效果的影响

在1250K，真空度为30Pa的条件下，将所配制的含10%Pt的Pb?Pt合金，分别蒸馏1.5,2.0,2.5,3.0和4.0h，考察蒸馏时间对Pb脱除率及蒸余物中Pt含量的影响，结果如图4所示。由图4可知，随着蒸馏时间的延长，Pb脱除率及蒸余物中Pt含量都增大；当蒸馏时间大于2.5h后，二者上升的趋势都变缓。当时间延长至一定值，Pb已大量蒸发，熔体中剩余少量Pb;再延长蒸馏时间，Pb脱除率变化不大。本实验选定蒸馏时间为3h。

3.4真空度对分离效果的影响

在1250K时，Pb的临界压强接近30～100Pa[1４]，本研究考察了此压强范围的蒸发过程。将所配制的含10%Pt的Pb?Pt合金在1250K下恒温蒸馏2.5h，控制真空度分别为30,50,80和100Pa，考察此范围内Pb?Pt合金分离效果，所得结果如图5所示。由图5可见，随着压强降低，Pb脱除率略有增大，蒸余物中Pt含量显著上升。为得到含量较高的金属Pt，应选取尽可能高的真空度。本实验选定真空度为30Pa。

3.5原料中不同Pt含量的蒸馏分离效果

将10gPb?Pt合金于1250K，30Pa下恒温蒸馏3h，合金中Pt含量分别为1%，2.5%，5%，7.5%和10%，考察不同含量原料的蒸馏分离效果。如表1所示，随着原料中Pt含量的增大，Pb脱除率变化不大，均大于99.9%。各种原料的蒸余物中Pt含量有微小波动，都可富集得到99%以上的金属Pt。表1原料含量对分离效果的影响(略)

3.6共存元素的影响

样品的主要成分是Pb，含微量Pt。可能含有的杂质元素有Zn,Cu,Al,Ni,Pd。在10g样品(含50μgPt)中，加入Zn(1000μg),Pb(10mg),Cu(20μg),Al(20μg),Ni(20μg)和Pd(20μg),按2.2节的步骤进行了富集和检测，考察共存离子的影响。结果表明，以上物质对Pt富集后的光谱检测无干扰，Pt的回收率为98.5%。

3.7方法的线性范围、检出限及精密度

按最佳实验条件进行操作，Pt在0.023～20mg/L范围内呈线性关系，回归方程为y=4435x 15.3(y为谱线强度,x为铂含量)，相关系数为0.9998。连续进空白溶液10次，计算标准偏差σ=0.0023，以标准偏差的3倍值为仪器对该元素的检出限，确定方法检出限为6.9μg/L。同一份样品重复进样测定6次，测得样品平均值为0.55mg/L；RSD值为1.7%，说明本方法精确度良好。

3.8分析应用

称取10g样品，分别加入Pt标准溶液，进行不同浓度水平下的标准加入回收实验，回收率为99.8%～103.0%，结果见表2，表明本方法准确度高。表2不同浓度水平下的铂回收率(略)

(来源：中国化工仪器网)