螯合树脂微柱分离富集火焰原子吸收法测定矿物样品中的痕量元素

陈玉环

（新疆地矿局第一地质大队实验室，新疆 昌吉 831100）

矿物样品中的痕量元素很难直接通过火焰原子吸收法进行测定，其在吸收时的干扰十分严重，因此需要在测定痕量元素前首先进行预处理[1]。传统方法中的预处理通常是间歇性的操作，难以准确地将痕量元素全部测定出来，而且操作步骤极其复杂，其结果的准确性往往达不到预期。因此本文使用了新的螯合树脂微柱分离富集预处理方法，利用火焰原子吸收法对矿物样品中的痕量元素进行测定[2]。因为螯合树脂对微量元素具有很好的吸附性，所以其预期往往能达到要求，准确度较高且该方法简单易学。最后从吸附元素的PH 值、流速和干扰情况等方面对矿物样品中的痕量元素进行测定，得到最后的实验结果。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

本实验所需要使用的仪器和试剂如表1 表2 所示。

表1 实验所需仪器

表2 实验所需试剂

在上表中空心阴极灯需要在测定波长为273.1nm 时方可使用，此时空心阴极灯电流为5mA，狭缝宽度小于0.5nm。恒流泵中必须配有变速蠕动泵、聚四氟乙烯管以及硅胶泵管，其内部直径为1.0mm。

1.2 实验过程

1.2.1 螯合树脂的合成

实验过程中的第一步是对矿物样品进行预处理，预处理的主要试剂是螯合树脂，所以需要先自行合成螯合树脂共60 目。此螯合树脂的形状为均匀的球状，每一粒的直径约为0.2mm，其主要制作流程如图1 所示。

图1 螯合树脂合成过程

将约2.0gPSC 置入在100mL 的圆底烧瓶中，并向其中倒入20mL 苯[3]。一段时间后，再向反应好的聚合物中加入6mL 2-羟基乙醇、3g 氢氧化钠，以3g0.5mol/L 的四丁基溴化铵作为催化剂，水浴加热并使用机器搅拌15h。反应结束后，得到PSME，冷却至室温。再向其中加入丙酮、甲醇和水过滤洗涤，并利用Soxhlet 进行萃取，两昼夜后得到PSMP[4]。向PSMP 中加入苯璜酰氯，继续加热10h，就能得到PSMA，将PSMA 洗涤、干燥就能得到螯合树脂。

1.2.2 微型柱的制备

称取制得的螯合树脂共1g，将其装入微型柱内压实，螯合树脂之间不能留有空隙。将微型柱两端用端口封住，向其中加入5mL 蒸馏水和5mL 酸性硫脲冲洗，直到洗出液变为中性，再用蒸馏水浸泡10min。

1.2.3 痕量元素测定

取50mL 一定浓度的痕量元素标准溶液以标准速度注入微柱并收集从下端流出的液体，并用原子吸收光谱仪测定下端流出溶液的痕量元素浓度。计算其吸附率，然后再向微柱中注入20mL 酸性硫脲，流动速度为1mL/min。此时，将原子吸收光谱仪的下端与原子吸收光谱仪雾化进样管相连接，使从下端排出的洗脱液直接进入原子吸收分度计进行检测，详细记录该液体样本的峰值面积、脱附率以及回收率[5]。为保证实验结果的准确性，该实验需进行3-5 次，实验结束后用洗脱剂浸泡微型柱，然后使用蒸馏水冲洗直至完全洗净。

2 结果与讨论

2.1 样品分析

将一定质量的矿物样品作为实验材料放入烧杯中，加入酸性硫脲10mL，开始实验。盖住玻璃皿盖，将矿物样本与酸性硫脲溶液一同加热煮沸30min，放冷，调节溶液的PH 值至3～4，将所得溶液转入干净点容量瓶中，采用上文所述的方法进行痕量元素的测定，得到分析结果如下表所示。

表3 分析结果

为保证实验结果的准确性，将5 次实验得到的结果取平均值，得到如上表所示分析结果。

2.2 酸度对吸附率的影响

在实验过程中，溶液的PH 值是很重要的数据，它能够直接影响实验预处理中鳌合树脂的表面结构及其对吸附率的影响[6]。为测定溶液PH 是否会对实验结果产生影响，使用HNO3溶液和氢氧化钠溶液将实验样本的PH 调节为1.0、2.0、3.0、5.0、6.0，并绘制吸附率与pH 值的关系图如下所示。

图2 吸附率与pH 值的关系

根据上图可以得到，当PH 为3-4 时，吸附效果最佳，当PH过高或过低时，吸附率都会相应减弱。因此在选择酸性硫脲时，应确定溶液的PH 值在3-4 之间。

2.3 流速对吸附率的影响

为检测流速对吸附率的影响，设计实验如下所示。配制5 份痕量元素标准检测溶液，分别在流速为0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0mL/min 时进行吸附，吸附率如下图所示。

图3 吸附率与流速的关系

如上图所示，当流速为1.5mL/min 时，吸附率达到最大值，而当流速过大或过小时，吸附率会相应减小。因此在实验过程中，应将流速控制在合理的范围之内，以保证吸附率达到最大值。

2.4 洗脱剂比例的选择

为确定洗脱剂中HNO3溶液和酸性硫脲溶液的比例，设计实验测定其最佳配比[7]。首先配制2.0g/mL 的痕量元素标准检测溶液5 份，每份20mL。然后用不同比例的HNO3溶液和酸性硫脲溶液对其进行洗脱，洗脱时的流速为1.5mL/min。洗脱过程中使用峰面积法测定洗脱液的最佳配比，得到数据如下所示。

表4 洗脱液不同配比下的峰面积与洗脱率

如上图所示，当洗脱液的比例为0.3 mol/L 酸性硫脲+0.6 mol/L HNO3时，峰面积达到最大，其洗脱率为98%。因此，为使实验得到最佳结果，将0.3 mol/L 酸性硫脲+0.6 mol/L HNO3作为洗脱液的配比设置。

3 结束语

利用螯合树脂微柱分离富集火焰原子吸收法测定矿物样品中的痕量元素时，为保证实验结果的准确性，应合理控制溶液的ph 值、检测时的样本流速以及洗脱液的配比，本文对以上几点进行了详细的分析，并得到了使用螯合树脂微柱分离富集火焰原子吸收法测定痕量元素的详细步骤。