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ICP-MS 測(cè)定車用陶瓷催化劑中 鉑、鈀、銠元素的含量

來源:上海斯邁歐分析儀器有限公司   2025年02月17日 17:02  

摘要本文介紹了一種使用 ICP-MS電感耦合等離子體質(zhì)譜儀 準(zhǔn)確測(cè)定汽車陶瓷催化劑中鉑、鈀、銠元素含量的方法。該方法具有出色的靈敏度、準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性,能夠滿足日常分析要求。


前言鉑、鈀、銠等貴金屬通常是作為陶瓷催化劑中的活性成分,對(duì)一氧化碳、碳?xì)浠衔铩⒌趸衔锏绕鸬酱呋€原作用。準(zhǔn)確測(cè)定催化劑中的貴金屬含量對(duì)于上游催化劑生產(chǎn)企業(yè)、下游汽車生產(chǎn)廠商以及監(jiān)管部門而言都具有重要意義。根據(jù) HJ 509-2009[1]關(guān)于貴金屬的檢測(cè)含量的質(zhì)量控制要求,準(zhǔn)確度分析誤差必須< 10% 且平行樣相對(duì)偏差必須 < 2%。這些要求給分析實(shí)驗(yàn)室?guī)砹颂魬?zhàn),要求分析人員嚴(yán)格控制樣品前處理和 ICP-MS 測(cè)定誤差。在催化劑樣品前處理中,通常采用濕法消解和(超級(jí))微波消解[2],且可以進(jìn)行批量前處理。常用的分析方法包括 ICP-OES法、ICP-MS 法和 X-熒光光譜法等。但隨著生產(chǎn)工藝的不斷精進(jìn)與成本控制水平的提升,陶瓷催化劑中貴金屬的添加量日趨減少,直接導(dǎo)致 ICP-OES(電感耦合等離子體發(fā)射光譜)等傳統(tǒng)分析方法由于檢出限的限制而面臨適用性挑戰(zhàn)。相比之下,ICP-MS憑借其超低檢出限與高效檢測(cè)能力,正逐漸成為貴金屬定量分析的技術(shù)。本文提供了一種采用 ICP-MS 準(zhǔn)確、穩(wěn)定地測(cè)定催化劑中鉑、鈀、銠元素的定量分析方法。該方法性能出色,可滿足陶瓷催化劑中鉑、鈀、銠元素的分析要求。


實(shí)驗(yàn)部分試劑和樣品鹽酸和硝酸均為電子級(jí),購(gòu)于安譜公司;所用實(shí)驗(yàn)用水為 MilliporeMilli-Q 超純水系統(tǒng)現(xiàn)制備的高純?nèi)ルx子水;1000 µg/mL 多元素混合標(biāo)準(zhǔn)溶液由安捷倫科技公司提供,包括:Pt 元素單標(biāo)溶液(部件號(hào) 5190-8501),Pd 元素單標(biāo)溶液(部件號(hào) 5190-8497),Rh 元素單標(biāo)溶液(部件號(hào) 5190-8509);樣品為市售產(chǎn)品。儀器和設(shè)備采用 Agilent 7850 ICP-MS 系統(tǒng)(部件號(hào) G8422AA),配備如下安捷倫模塊:ORS4 八極桿碰撞反應(yīng)池、標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)樣系統(tǒng)(包含MicroMist 玻璃霧化器、帶制冷控溫的玻璃霧化室、2.5 mm 一體化炬管中心管)、鎳采樣錐和截取錐。由于不同催化劑中的摻雜元素存在差異,待測(cè)元素鉑、鈀、銠會(huì)受到特定的干擾(見表 1),因此推薦采用氦氣碰撞模式進(jìn)行測(cè)定。7850 ICP-MS 配備的 ORS4 八極桿碰撞反應(yīng)池具有良好的氦氣碰撞模式干擾消除效果,可有效消除聚合離子的干擾,同時(shí)保持高靈敏度。本實(shí)驗(yàn)中,待測(cè)元素與所選質(zhì)量數(shù)分別為 Pt 195、Pd 105、Rh 103,內(nèi)標(biāo)元素為 In 115 和 Re 185。表 1 列出了鉑、鈀、銠元素的常見質(zhì)量干擾離子;表 2 為本實(shí)驗(yàn)所用的 ICP-MS 操作條件。

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標(biāo)準(zhǔn)品制備分別移取 0.0、0.2、0.4、0.6、0.8 和 1.0 mL 的 10 µg/mL 鉑、鈀、銠元素儲(chǔ)備標(biāo)準(zhǔn)溶液于 100 mL 容量瓶中;然后分別加入1 mL 1000 µg/mL Na 單標(biāo)溶液(用 NaCl 固體配制得到),以及0.5 mL 10 µg/mL 的 In 和 Re 混合內(nèi)標(biāo)溶液;再用 1% HCl 溶液定容至 100 mL,所得系列校準(zhǔn)標(biāo)樣的濃度分別為 0、20、40、60、80 和 100 µg/L,且內(nèi)標(biāo)濃度為 50 µg/L。 


樣品前處理準(zhǔn)確稱取約 0.3 g 樣品(精確至 0.0001 g)置于聚四氟乙烯微波消解罐中,加入 6 mL 濃 HCl、4 mL 濃 HNO3 和 6 mL 濃 HF,蓋上并擰緊消解罐蓋子,置于微波消解儀中消解。在消解時(shí)同步制備樣品空白。將消解升溫程序設(shè)定為:在 10 min 內(nèi)升溫至 210 °C,保持30 min,然后冷卻 30 min。待消解后,取出消解罐,置于帶孔石墨趕酸儀中;在 170 °C 下趕酸到直至剩余約 0.5 mL;取下消解管并冷卻;然后向其中加入 10 mL HCl 溶液,加熱至微沸狀態(tài)后,再取下冷卻,并用高純?nèi)ルx子水定容至 100 mL。樣品溶液上機(jī)前,根據(jù)樣品待測(cè)元素含量高低,取大約 10 mL 樣品溶液,分別向其中加入 1 mL 的 1000 µg/mL Na 單標(biāo)溶液(用基準(zhǔn)NaCl 固體配制而成)、0.5 mL 10 µg/mL 的 In 和 Re 混合內(nèi)標(biāo)溶液,再用 1% HCl 溶液定容至 100 mL,待上機(jī)檢測(cè)。


結(jié)果與討論校準(zhǔn)曲線與檢出限圖 1 顯示了鉑、鈀和銠元素的校準(zhǔn)曲線。從圖中可以看到,三種元素的線性相關(guān)系數(shù)均 ≥ 0.9999;且方法檢出限換算為固體含量后,分別為:Pt 0.0037 mg/kg、Pd 0.0048 mg/kg 和 Rh 0.0013 mg/kg,表明該方法具有出色的信噪比,能夠滿足 HJ 509-2009 標(biāo)準(zhǔn)中 Pt、Pd 和 Rh 元素檢出限 0.005 mg/kg,定量下限 0.02 mg/kg 的要求。

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樣品分析與加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)按照上述方法對(duì)四個(gè)實(shí)際催化劑樣品進(jìn)行分析,結(jié)果列于表 3 中。從表中可以看出,各樣品中鉑、鈀和銠的含量存在差異,但整體趨勢(shì)為鉑 > 鈀 > 銠。另外,分別向各催化劑樣品中加入 50 µg/L標(biāo)液進(jìn)行加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)。結(jié)果同樣列于表 3 中。從表中可以看出,各樣品中鉑、鈀和銠的加標(biāo)回收率均處于 97.63%–101.40%之間,表明該方法具有出色的準(zhǔn)確度。

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穩(wěn)定性測(cè)試由于 HJ 509-2009 對(duì)催化劑樣品中鉑、鈀和銠的測(cè)定方法有較高的要求[1],因此本實(shí)驗(yàn)考察了方法的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。其中將樣品 1 總共進(jìn)樣分析 117 次,且每 10 次樣品后回測(cè)一次 QC 標(biāo)準(zhǔn)溶液(標(biāo)準(zhǔn)溶液 2)。圖 2 顯示了 3.5 h 穩(wěn)定性測(cè)試中內(nèi)標(biāo)元素 Re 和 In 的回收率。結(jié)果表明,115In 內(nèi)標(biāo)元素的回收率范圍為 95.9%–104.9%,185Re 內(nèi)標(biāo)元素的回收率范圍為 99.2%–105.2%,表現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性。同時(shí),在 3.5 h 穩(wěn)定性測(cè)試中,樣品中三種目標(biāo)元素實(shí)測(cè)含量的極差值均小于 0.20 µg/L;QC 標(biāo)準(zhǔn)溶液中三種目標(biāo)元素的極差值均 < 0.9 µg/L,RSD 均小于 0.6%(Pt、Pd 和 Rh 的 RSD 分別為 0.54%、0.56% 和 0.36%)。

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結(jié)論本文介紹了一種采用安捷倫高性能 7850 ICP-OES 準(zhǔn)確測(cè)定催化劑中鉑、鈀、銠元素的定量分析方法。該方法結(jié)合安捷倫八極桿碰撞反應(yīng)和三重去背景干擾技術(shù),能夠有效消除多原子離子的質(zhì)量干擾,保持分析結(jié)果的穩(wěn)定性。方法性能考察結(jié)果表明,三種目標(biāo)元素的檢出限滿足 HJ 509-2009 的要求;且樣品中目標(biāo)元素的加標(biāo)回收率在 97.63%–101.40% 之間,表明該方法具有出色的準(zhǔn)確度。此外,在 3.5 h 穩(wěn)定性測(cè)試中,內(nèi)標(biāo)元素 115In 和185Re 的回收率在 95.9%–105.2% 之間,表明該方法具有良好的穩(wěn)定性。因此,所開發(fā)的方法適用于準(zhǔn)確測(cè)定催化劑中的鉑、鈀、銠元素含量,可助力催化劑行業(yè)實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確高效的貴金屬元素定量分析。

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