石墨中酸消解检测方案(微波消解仪)

Anton Paar Multiwave 5000转子20SVT50单批次对不同的石墨样品进行2步酸消解 要求高、反应性强的样品，如石墨烯样品等，允许用具有方便和安全的SmartVent技术的转子20SVT50来消解。 1介绍 石墨烯是碳的晶体元素形式，其原子排列为六边形结构。它是自然存在的，在标准条件下它是元素碳的热力学上最稳定的改性，因此具有很强的耐腐蚀性。这对于湿化学法元素分析的样品制备是一项艰巨的挑战。需要非常高的目标温度、具有足够高氧化电位的酸的混合酸以及耐用的高性能容器才能成功消解。 Multiwave 5000的 20SVT50转子采用完善的SmartVent技术，提供更高的压力和温度。可控超压释放是克服温度挑战的一种安全便捷的方式，温度高达250°℃，以确保完全消化。SmartTemp传感器快速、准确、非接触式内部温度测量，保证可靠的控制温度。 转子20SVT50通量多达20个样品，提供了无与伦比的高效率。无需操作工具和紧凑的容器设计，易称量、易清洗和操作特点的20SVT50转子， 使Multiwave5000成为消解石墨等难消解样品的理想候选者。 为了验证20SVT50转子的适用性，对不同石墨材料进行了同一批次消解。然后分别用ICP-OES和ICP-MS测定目标元素浓度。 两步消解程序 在某些情况下，在一个消解步骤中使用的酸中的氧化电位不足以完全消解样品，可能会有部分残留物。 因此，一种安全解决这个问题的方法是“两步消解法”：‘在第一步消解中，大部分无机基质被破坏，也会释放出剩余的反应气体。加入新鲜的氧化剂，在较高的温度下的第二个消解步骤将改善剩余残留物的分解。 2 仪器 所有的消解均在SVT50容器中进行，使用转子20SVT50和Multiwave 5000， 配备SmartTemp温度测量和监测排气量的SmartVent检测。 消解液在两种不同的仪器上进行了定量分析： ● ICP-OES， Spectro Cirrus Vision in axial viewmode and ICP-MS Perkin Elmer Elan DRC-e (需配备耐HF系统) 3 实验 3.1 样品 选用天然和合成石墨材料，以及不同消解难度的标准材料bams009中纯度石墨粉(合成型) 3.2 试剂 HNO3 (65% suprapur， Merck)，H2SO4 (96%， suprapur， Merck)，HCIO4 (70%， suprapur， Merck)，HF (40% suprapur； Merck)， 硫酸(H2SO4)由于其沸点高，因此能够在降低蒸汽压的情况下保持较高的温度。 高氯酸(HCIO4)是这种酸混合物的次要成分，在200℃以上可提供更高的氧化电位。 由于石墨材料通常含有硅Si，所以必须使用氢氟酸(HF)。 用去离子水进行稀释和冲洗。 3.3 两步消解程序 取0.1g样品直接称量放入SVT50反应管内。小心避免因静电导致反应管密封区域污染，特别是磨细的样品 依次加入硝酸6mL、硫酸4mL、高氯酸2.5mL、氢氟酸1 mL。 为了防止可能的预反应，反应管在室温下放置一段时间，然后盖上盖子，插入转子，最后将转子放入微波腔中，启动温度程序(如图2所示)。 在第一步消解完成后，再加入2ml HCIO4进行第二步消解，运行温度程序(见图3)，此程序爬坡时间缩短。 最后，消解结束后，将消解澄清的溶液转移到50mL SarstedtQ试管中，用去离子水冲洗反应管，并将冲洗溶液也转移至试管中。 3.4 温度程序 本报告提出的两步程序是为安全使用高氯酸(HCIO4)而设计的： 图2：步骤1的温度程序(控制方式“平均”，温度限值：270℃) 在150℃下，活性组分在HNO3的条件下进行消解。 在220℃时， HCIO4由于其高氧化电位而还原了大部分碳材料。 在250℃时，难以消解的石墨结构开始分解。 图3：步骤2的温度程序(控制方式“平均”，温度限值270℃) 第二个消解步骤中，新添加的氧化剂在较高的温度下改善了残留石墨的消解。 3.5 测定步骤 将各种单元素溶液分别加入标准溶液和样品溶液中，然后稀稀至50mL：用ICP-OES 测定Sc(浓度为1 mg/L)，用 ICP-MS测定In、Ga和Ir(浓度为10pg/L)。 3.5.1 ICP-MS测定 通过使用ICP单元素标准溶液(Roth@)对Co、Mo、Ni、W、Y和Zr进行外标校正。线性范围为0.2pg/L~10ug/L。 3.5.2 ICP-OES 测定 通过使用ICP多元素标准溶液(Roth@)进行外标校正。线 性范围从0.01mg/L~ 10mg/L。通过电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)和电感耦合等离子体质谱(ICP-OES)对消解后的样品进行分析，并与标准值进行比较。在分析中，当元素浓度超过各自的校准范围时，使 用稀释剂(与酸含量匹配的基质)。 4 结果 所有样品间都有轻微的差异，但在同一批的消解条件下，成功的完成消解。归功于反应管的 此外，也证明了硝酸、硫酸、高氯酸和氢氟酸的混合酸是正确的试剂选择。 - IR Vessel 1 -- Control Temperature --Pressure ---Power 图4：第一步消解的温度曲线图. 这些石墨样品的放热反应发生在170℃至220℃之间。这些反应管在整个运行过程中显示出几乎相同的温度，各个反应管之间温度差异性很小。 -IR Vessel 1 --Control Temperature---Pressure--Power 图5：第二步消解的温度曲线图 在第一步消解过程结束后，石墨标准品bams009似乎被完全消解了，但天然和人造石墨样品并未完全消解，管内出现深色和浑浊的沉淀。 第二步消解结束后，合成的石墨样品已完成消解，天然石墨样品仍有少量黑色残留，用注射器过滤器过滤掉残留物。可以假定残留物中不含有目标元素。 随后对标准参考物质BAM-S009进行了电感耦合等离子体光谱(ICP-OES)和电感耦合等离子体光谱(ICP-MS)测定，结果如下： 随后通过ICP-MS和ICP-OES进行的精度检验表明，元素浓度(平均值)与标准物质的认证值吻合良好。 元素 分析仪器LOQ BAM-S009 中纯度石墨粉 标准值 测量值 回收率 [mg/kg] [mg/kg] [mg/kg] [%] Co 0.012 0.143±0.017 0.144±0.011 101 Fe 10 28±4 29±1 104 Mo 0.026 0.20±0.04 0.204±0.030 102 Ni 0.240 5.6±0.6 6.343±0.298 113 W 0.005 3.0±0.6 3.52±0.151 117 Y 0.002 0.049±0.011 0.057±0.001 113 Zr 0.031 0.81±0.19 1.11±0.13 137 因此，表明任何种类石墨、木炭或炭黑样品可使用此方法进行消解，参考相关的参数，如样品重量、时间和温度根据需要相应调整。 Table 2： BAM-S009中纯度石墨粉，标准不确定度的结果(n=3)。Co，Mo， Ni， W， Y，Zr通过电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)测定，其他元素均通过电感耦合等离子体质谱(ICP-OES)测定。Ba、Zn (LOQ为5mg/kg)、Al、Cr、mg、Na(LOQ为10 mg/kg)和Li、Mn、Sr (LOQ为20 mg/kg)含量较低，无法定量分析。 所得结果与标准值比较良好，回收率也很高。测量的离散度与目标元素的测定含量的不确定度一致。 结论 Multiwave 5000配备转子20SVT50是一个强大的配置，快速和可靠的消解要求高难消解的无机样品。成功地证明了Multiwave5000可以方便地将多种石墨材料在同一个批次下消解出来。在所有类型的石墨中，只有结晶度最明显的天然石墨不能完全溶解。 本报告中提出的两步消解法适用于高氯酸在需要高氧化电位和高温度的难消解样品的消解反应中的安全使用。 SmartTemp温度测量，确保快速、可靠的内部温度测量. ( Contact Anton Paar GmbH ) ( Tel： +43 316 257-0 ) asc@anton-paar.comwww.anton-paar.com AN-Bwww.anton-paar.com 为了验证20SVT50转子的适用性，对不同石墨材料进行了同一批次消解。然后分别用ICP-OES和ICP-MS测定目标元素浓度。