微波消解技术在贵金属分析中应用09应化 3Z 09331320 王元元摘要：由于贵金属的溶解困难，在分析中样品制备很重要，因为制备过程中的问题，使贵金属的检测准确度和灵活性差，并因基体效应增加了基体匹配的难度。微波而消解技术的，提出了消解所用酸 的种类和用量。本文简介了波消解技术的基本原理和特点，并对近年来微波消解技术在金属方面的应 用以及其前景做了综述关键词:微波消解 原理 方法应用 前景1 引言微波消解技术，具有样品分解快速、完全，挥发性元素损失小，试剂消耗少，壑白低等显著特点 深受分析工作者的欢迎，被誉为“绿色化学反应技术副。1975年，AbuSannra县等人发表了利用 微波炉分解试样的论文。1985年，美国CEM公司推出微波试样分解设备，把微波技术与聚四氟乙烯压 力罐消解法结合起来。此后，微波消解技术的应用有了很大的发展，已广泛用于各种样品的分解预处 理。难处理贵金属Rh , Ir及其冶金物料、矿石等的化学处理，是贵金属分析中费时和困难的环节。 尽管国内外分析化学家进行了长期、全面的研究1 - 2 ,但在试样的溶解速度、溶解度等方面,仍 存在较多的问题。显然，解决这一技术难题，对缩短分析总流程和准确、全面考察试样中贵金属元素含 量， 具有较重要的科学意义和经济价值。微波消解技术在痕量3 - 4 及微易处理贵金属物料、矿石 中应用已有报道,但在难处理贵金属冶金物料、矿石，尤其是Rh , Ir粉中的应用，至今未见到文献报 道。2 微波消解的原理和特点微波是一种电磁波，频率在300MHz300GHz。为了防止民用微波功率对无线电通讯、广播、 电视和雷达等造成干扰，国际上规定工业、科学研究、医学及家用等民用微波的频率为2450士 50MHz。微波消解仪器所使用的频率基本上都是2450MHz。 微波消解技术应用在化学工作中，始于20世纪80年代，其原理是通过分子极化和离子导电两 个效应对物质直接加热5，促使固体样品表层快速破裂，产生新的表面与溶剂作用，在数分钟内完 全分解样品B 7。 微波可以直接穿人试样的内部，在试样的不同深度，微波所到之处同时产生热效应，这不仅使 加热更迅速，而且更均匀，大大缩短了加热时间，它比常规加热法一般要快lo一100倍。 微波消解样品的能力强，特别是对一些难溶样品，传统的消解方法需要数小时甚至数天，而微 波消解一般只需要几分钟至十几分钟。在密闭容器中，温度可达350。C,压力可达20MPa，因此，可 确保难分解样品的完全消解。 采用密闭的消解罐，避免了样品在消解过程中形成的挥发性组分的损失，保证了测量结果的准 3 消解方法3.1化学溶解法化学溶解法金溶于王水，银溶于硝酸、浓硫酸溶液中，铂的主要溶剂是王水，钯能溶于硝酸及王水中。 铑铱不溶于任何酸碱或王水中，极细的钌或锇上能溶于次氯酸钠溶液中。化学溶解法只能溶解易溶贵 金属。3.2热压分解法按所使用的容器不同，可分为玻璃法（管封氯溶法）、特氟隆衬里钢套法、高压强罐溶法等，将物料装 入容器中，加入王水或盐酸与氧化剂的混合溶液，在300C以下可溶解难溶贵金属合金。缺点是处理 量小，因易爆裂，安全性没有保障而无法推广使用。3.3融浸出法 铑能溶于熔融的硫酸氢钠中，铱能溶于熔融的氢氧化钠一过氧化钠或硝酸钾一氢氧化钾中，然后溶解 浸出。钌也可采用熔融浸出的办法，缺点是速度慢，引入杂质比较严重。3.4 碎化法加一种易溶于酸的金属将金属碎化成粉末。3.5粉状物直接测定 采用直流电弧等方法直接激发光谱测定。3.6 中温氯化法将物料与45倍的氯化钠混合置于石英管内的石英舟中。氯气经洗涤干燥后送人加热的石英中，在 600700C下氯化812 h,主要用于含铑铱物料的溶解。缺点是时间长，环境差，产物收集繁琐。3.7 电化溶解法 此法只能用于金属及合金的溶解。3.8 合金 贵金属与金属铝和铁高温熔炼，贵金属与铝铁合金化，然后用酸溶解。此方法掺杂，损耗大3。3.9 微波消解法 微波消解法实际是热压分解法的一种，因其开辟了新的溶解领域，微波的使用，赋予此方法极大生命 力。微波是频率在300 MHz300 GHz的电磁波，微波加热不同于常规加热方式，后者用外部热源过热 辐射由表及里的传导加热，微波加热是材料在电磁场中由介质损耗引起的体加热。加热能力部取决于 样品和介质的耗能因子，耗能因子是由样品和介质的离子传导和偶极子转动决定，并非所有物质都可 用微波加热。微波加热可使反应在密闭中进行，反应产生的气体形成高压，加速了反应速度。4 分析应用在贵金属分析溶解方法中，微波消解是最快最准确的方法，特别是含贵金属物质的杂质含量测定， 克服了其他方法的掺杂问题，分析的数据易于重复，具有原样品的代表性，制样的方便性。微波消解 和电感耦合等离子体(ICP)的联合使用使直流电弧发射光谱法不再占优势主导地位。微波消解具有以 下优点：微波对样品的激活使样品溶解更容易；溶样快速，一般仅需几min到十几min易挥发元素(如 砷，汞，铅，硒等)不损失；试剂用量少，测定空白低；自动控制，条件相同；对环境污染低；微波 的高频振动，搅拌加速；不污染样品；易于重复，减少人为误差。在贵金属分析溶解方法中，微波消 解是最快最准确的方法，特别是含贵金属物质的杂质含量测定克服了其他方法的掺杂问题，分析的数 据易于重复，具有原样品的代表性，制样的方便性。微波消解和电感耦合等离子体(ICP)的联合使用 使直流电弧发射光谱法不再占优势主导地位。微波消解具有以下优点：微波对样品的激活使样品溶解 更容易；溶样快速，一般仅需几rain到十几mira易挥发元素(如砷，汞，铅，硒等)不损失；试剂用量 少，测定空白低；自动控制，条件相同；对环境污染低；微波的高频振动，搅 拌加速；不污染样品；易于重复，减少人为误差。5 微波消解与常规消解空白来源比较。微波消解法只用微波消解，不用另行加热；其他方法用的试剂、试验用水远大于微波消解法，需高 温熔融，加热溶解。6 消解设备现有的微波消解装置特别是国外的产品已比较成熟地运用于溶解领域，这些设备有准确的温度和压 力传感系统，并能采集数据后迅速反馈给微波发生装置，以达到控制微波发射功率的目的。7 微波消解技术在金属分析中的应用近几年来，微波消解作为一种先进的样品前处理技术常见报道II卜2钉。昆明贵金属研究所朱利 亚IsO等人提出了HClH： 0。微波消解难溶AuZr、AuAgZf合金的方法，代替待修订行业标准采 用 的玻璃封管氢化法，极大的缩短了样品预处理时间。朱利亚等人还曾对难处理贵金属化合物和合金 的微波密闭消解做过系统的研究，并获得满意的结果3卜37。钢中铝的溶解是钢工业分析中一个长 期存在的问题，传统方法采用N aHSO。熔融，但会引人大量易电离元素，不适合随后的光谱测定，采 用HNOo 一HCIH F消解的Parr弹法，虽可避免挥发损失并得到“无盐基体”，但需在180C加热1h, 采用微波加热只需80s。对于铝合金中高含量硅测定时样品消解困难的问题，陈建国等38采用分步 微波消解，先以Na()H为溶解试剂，再用HN0o为消解试剂，成功消解了硅含量较高的铝合金试 样。李丽华等39分别采用常规湿法消解和微波消解处理合金钢样品，利用双波长等吸收分光光度 法同时测定其中co和Ni的含量，结果表明，经微波消解可以大幅度节约时间和酸用量，同时还可 获得更好的测定结果。将微波消解溶样技术与常规分光光度法相结合测定合金钢中钼含量，微波消 解用酸为王水和硫磷混酸。采用微波消解方法，样品溶液制备速度较常规消解法提高了2倍，消解 酸用量减少了2/3,消解效率高，准确度和精密度也得到了改善Ho。微波消解技术还特别适用于低 温焊料、非铁基耐热合金、硅酸盐材料等。8 前景微波消解技术具有制备样品速度快、操作简单、易挥发性成分损失少、污染小、分析成本低 等优点，比传统方法更加适应现代企业对产品质量控制的要求，现已广泛应用在环境试样、食品、 化工、生物医学及药物分析等领域中。微波消解技术与原子吸收光谱仪、电感耦合等离子体发射 光谱仪等配套使用，不仅能解决样品制备占用时间长的缺点，还能极大地提高光谱仪的使用效率。 具有十分诱人的发展前景。参考文献1 周全法贵金属深加工及其应用M.北京：化学工业出版社，2002： 173175.2 黄树茂聚四氟乙烯热压器与贵金属样品的溶解D.贵金属.1992,13 (4)： 5355.3 余建民贵金属萃取化学M.北京：化学工业出版社，2004： 1319.4 夏祖学，刘长军，闺丽萍等.微波化学的应用研究进展J.化学研究与应用.2004. 16(4)。441444.5 阎军.微波溶样技术的进展J.现代仪器，2001，(2)： 47.6 刘珍化验更读本(上量)M 第3版北京化学工业出版社，1998. 8.7 Kings ton H M,Ja,镕 ie L B. Microwave Energy for Acid l： )ecomp6 / tion at Eleva ted Tempera tu res and Pressures Using Biological and otanical Samples J. Aaa/. Chem. 1986. 58(12)l2534-2541.8 Lu Y B， Sun C R， Pan Y J. Journal of Separatio Science-J， 2006， 29(2)： 314318.9 Gresswell S L. Haswell S J. Evaluation of onLine Methodology for Microwave-Assisted Extraction of Polycycfie Aromatic Hydrocarbons(PAHs)from Sediment SamplesJ. Ana/yst。 1999， 124(9)1361-1366.10 屈续，杨悦武，郭治昕，等化学工业与工程EJ，2007, 24(1)： 4851 11 Wang H W。 Zhou Y Y. 0ptimization of on Line Microwave Flow Injection Analysis System by Artificial Neural Networks for the Determination of RutheniumJ Anal. Chim Acta， 2001 429(2) 1207213