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上海斯邁歐分析儀器有限公司
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ICP-MS 測定車用陶瓷催化劑中 鉑、鈀、銠元素的含量
2025-2-17 閱讀(57)
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，對一氧化碳、碳?xì)浠衔?、氮氧化合物等起到催化還原作用。準(zhǔn)確測定催化劑中的貴金屬含量對于上游催化劑生產(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 測定誤差。在催化劑樣品前處理中，通常采用濕法消解和(超級)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，購于安譜公司；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 5190-8501)，Pd 元素單標(biāo)溶液(部件號 5190-8497)，Rh 元素單標(biāo)溶液(部件號 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 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，待測元素鉑、鈀、銠會受到特定的干擾(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。
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。
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。
樣品分析與加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)按照上述方法對四個(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。
穩(wěn)定性測試由于 HJ 509-2009 對催化劑樣品中鉑、鈀和銠的測定方法有較高的要求[1]，因此本實(shí)驗(yàn)考察了方法的長期穩(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)定性測試中，樣品中三種目標(biāo)元素實(shí)測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%)。
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。
