电感耦合等离子体发射光谱(ICP-OES)同时测定煤基活性炭中铅、锌、锑、镍、硒、镉、铬、锰、镧、砷、铝、铁 12种元素

王 楠

(中车大同电力机车有限公司，山西 大同 037038)

电感耦合等离子体发射光谱(ICP-OES)同时测定煤基活性炭中铅、锌、锑、镍、硒、镉、铬、锰、镧、砷、铝、铁12种元素

王 楠

(中车大同电力机车有限公司，山西大同037038)

使用ICP-OES同时测定活性炭中Pb、Zn、Sb、Ni、Se、Cd、Cr、Mn、La、As、Al和Fe等12种金属元素。采用高氯酸和硝酸处理样品，以硝酸作为测定介质，在选定的仪器工作条件下直接进行测定。各元素的测定检出限为0.002～0.068 μg/mL，相对偏差(RSD，n=6)为0.19%～2.28%。对样品进行加标回收试验，回收率在95.36%～109.44%之间。结果表明，使用ICP-OES法测定活性炭中金属元素具有较好的精密度和准确度，可以满足活性炭和以活性炭为载体的催化剂杂质元素分析的要求。

电感耦合等离子体发射光谱法；活性炭；金属元素；同时测定

活性炭由于其比表面积大、机械强度高、吸附性能好等优点而被广泛应用于各类催化剂的载体[1-3]。其中杂质元素的含量可直接影响到催化剂的催化性能[4]，因此，活性炭中各杂质元素含量的测定显得尤为重要。对于活性炭中砷、铬、锌、镍、铅、硒、锑、锰、铝、镧、镉、铁等元素，往往采用分光光度计、原子吸收法等，测定过程繁琐且精确度较低。本文参照有关标准，采用ICP-OES法对活性炭样品中的12种金属元素进行了测定及加标回收率实验，考察了谱线干扰的影响，优化了工作条件，其结果可满足测定要求。

1 实验部分

1.1 仪器的工作条件

采用Prodigy 7立曼等离子光谱仪(美国Leeman Labs公司)。仪器参数采用多元素优化的折中条件，见表1。

表1 最佳仪器条件

1.2 试剂和标准溶液

硝酸、盐酸和氢氟酸均为优纯级，标准溶液为国家钢铁材料测试中心钢铁研究总院配制，除了锑浓度值为500 mg·L-1，其余均为1000 mg·L-1，以纯水稀释配制成系列浓度的标准溶液。氩气：钢瓶气，纯度>99.99%。H2O2。二级RO水。

1.3 测定方法

本试验样品测定方法参照标准ASTM-D6357-2011[5]，采用马弗炉对活性炭样品进行高温灰化。灰化的目的，是去除活性炭中的有机物质，使金属转化成氧化物或盐，这样有利于把各种元素转化成离子，容易测定。称取足量活性炭样品(5g左右)于50 mL坩埚中，精确至0.1 mg。将坩埚置于降到常温的马弗炉中，使炉温在不少于1 h时间内升至300℃，保持1 h，然后继续升温至500℃，并在此温度下灼烧至少2 h，期间摇晃样品数次，当看不到明显碳物质时，表明灰化完全。置于500℃马弗炉中灼烧1 h。等灰冷却下来，置于干燥器中。

准确称取0.3 g灰分样品(精确至0.0001 g)，置于200 mL聚四氟乙烯烧杯中，加入20 mL王水及20 mL氢氟酸。将烧杯置于130～150℃电热板上缓缓加热混合物蒸发至近干，用少量水将挂在烧杯壁上的水珠冲下，继续加热至白烟基本冒尽。将烧杯从电热板上移走，冷却至室温。加入少量硝酸溶解并移入100 mL容量瓶中，用5%硝酸稀释至刻度并混匀，待测。在仪器最佳条件下，测定3次取平均值，由工作曲线计算试样的金属元素含量。

1.4 混合标准溶液

ICP-OES法具有同时测定多种元素的能力，测定时可使用多元素混合标准溶液[6]。将标准储备溶液用纯水逐级稀释，混合。各元素配置浓度见表2。

表2 标准溶液系列含量(μg·mL-1)

1.5 测定

开机，仪器点火后稳定0.5 h，当仪器各项指标达到测定要求后，编辑测定方法及选择各测定元素，将试剂空白、标准系列、样品溶液分别引入仪器。由SALSA软件绘制标准曲线、得到回归方程Y = aX + b。

2 结果与讨论

2.1 元素的分析谱线

表3 各元素的分析谱线及检出限

分析线的选择，直接影响到测定结果的准确性，选择被测元素的分析线须考虑其灵敏度、背景干扰等因素。根据ICP-OES谱图分析结果，首先考虑选择元素的灵敏线，同时考虑干扰情况，对每个元素均选择2～3条谱线进行谱图分析，以干扰最少、信号强度合适、检出限低、线性最好者为本法分析线。检出限是检查仪器性能的一个重要指标，按照国际理论和化学联合会(IUPAC)之规定，用下式计算。

检出限(μg·mL-1)=[3σ/(S-B)]×C

式中：σ——试剂空白的标准偏差，SD；

S——一定标准各元素标准溶液的信号强度，CPS；

C——各元素标准溶液的浓度；

B——试剂空白的信号强度，CPS。

通过试验，选择的元素分析线及检出限见表3。

2.2 方法的曲线方程及相关系数

分别准确吸取一定量的标准溶液，稀释为不同系列浓度的工作液，按表1仪器工作条件，绘制工作曲线。在标准曲线范围内各元素呈良好的线性关系，相关系数R值介于0.9998和0.9999之间(见表4)，满足质控要求。

表4 方法的曲线方程和相关系数(R)

2.3 加标回收试验

按上述试验方法在样品活性炭样品中加入适量分析元素，在确定的仪器工作条件下，进行加标回收[7]，结果见表5。

表5 回收率实验结果

表5(续)

2.4 精密度试验

对某活性炭样品(8×30目)连续测定6次，进行精密度试验，结果见表6。

表6 精密度和对照试验

3 结语

将活性炭样品用硝酸和高氯酸消解后，利用电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-OES)建立了一种可以同时测定活性炭中12种金属元素的方法。该方法不但具有较高的灵敏度和较低的检出限，而且快速、准确，可为活性炭生产工艺中脱灰、重金属元素得去除提供科学依据。

[1] 吴旭洲,贺守印. 煤质活性炭的生产与发展[J]. 煤化工，2004，4(2):37-39.

[2] Ewa L G, Grazyna G. Adsorption characteristics of Congo Red on coal-based mesoporous activated carbon[J]. Dyes and Pigments,2007,74(1):34-40.

[3] 郏其庚. 活性炭的应用[M]. 上海: 华东理工大学出版社, 2002: 55-56.

[4] 傅武俊,郑晓玲,刘广臻,等. 活性炭载体对钌催化剂制备及其活性的影响[J]. 工业催化，2003, 11(7): 45-48.

[5] ASTM D 6357-2011. Standard test methods for determination of trace elements in coal, coke and combustion residues coal utilization processes by inductively couples plasma atomic emission spectrometry, inductively coupled plasma mass spectrometry, and graphite fumace atomic absorption spectrometry[S].West Conshohocken, PA: American Society for Testing and materials, 2011.

[6] 李晓燕,李凌燕. 微波消解电感耦合等离子体发射光谱法同时测定煤飞灰中15种元素得研究[J].内蒙古石油化工,2007,33(8):13-16.

[7] 程念祖.分析化学中回收率计算方法的讨论[J]. 冶金分析. 1985(6):53-55.

(本文文献格式：王楠.电感耦合等离子体发射光谱(ICP-OES)同时测定煤基活性炭中铅、锌、锑、镍、硒、镉、铬、锰、镧、砷、铝、铁12种元素[J].山东化工，2017，46(16)：85-86.,91)

Simultaneous Determination of Pb, Zn, Sb, Ni, Se, Cd, Cr, Mn, La, As, Al and Fe in Activated Carbon by Inductively Coupled Plasma Optical Emission Spectromrtry (ICP-OES)

Wang Nan

(CRRC Datong Co., Ltd., Datong 037038, China)

An analytical method was prosposed to simultaneously determine Pb, Zn, Sb, Ni, Se, Cd, Cr, Mn, La, As, Al and Fe in active carbon by inductively coupled plasma optical emission spectrometry (ICP-OES). The samples were first treated by hydrochloric acid and nitric acid then determined by ICP-OES under optimal instrument conditions with nitric acid as the testing medium. The detection limits for each element were 0.002～0.068 μg/mL and the relative standard deviations (RSD, n=6) were 0.19%～2.28%. The recoveries for testing the spiked samples were between 95.36% and 109.44%. The experiment results showed that this method has higher precision and accuracy. Our results also showed that this method is rapid and accurate, which could meet the analytical requirement for determination of the impurity elements in activated carbon and the catalyst with active carbon as the carrier.

ICP-OES; activated carbon; metallic element; simultaneous determination

TQ424.1；O657.3

：A

：1008-021X(2017)16-0085-02

2017-06-02

王 楠(1984—)，山西大同人，工程师(硕士)，主要从事煤质活性炭综合利用的研究工作。