电加热板消解车用陶瓷催化转化器

rosmarinic

2014/11/05

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引言

电加热板湿法消解是元素分析的最直接、最有效、最经济的一种样品前处理手段，因此在车用陶瓷载体催化器贵金属分析中经常被使用。影响催化器中贵金属溶出率的湿法消解的关键因素一般为所选用的溶剂的配比、加热板消解的温度和时间、消解重复的次数等。开发湿法消解前处理条件需要对上述几个参数进行试验对比，通过试验结果分析验证确定合适的湿法消解方法。

1 电加热板消解所用的仪器及试剂

表1给出了车用催化器贵金属电加热板消解前处理使用的主要仪器设备莱伯泰科EH-35A plus型电加热板和梅特勒AL204型电子天平的主要参数。试验过程使用的浓硝酸、浓盐酸、氢氟酸、过氧化氢为天津科密欧化学试剂公司生产的优级纯试剂，稀释所用的水是由实验室采用密里博超纯水机制备的超纯水（电阻率18.2MΩ.cm）。

2 贵金属含量测试所用的设备及方法

电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）是近年发展起来的先进检测分析技术，该技术可以在元素分析过程中能够一次性同时检测几十种金属盒非金属元素，不仅检测范围广，且方法灵敏度高、精度高、速度快、效率高、重复性好，尤其在痕量元素的定量检测分析中具有其他设备无法比拟的优越性。ICP-MS分析技术几乎可以取代传统的无机分析技术，如电感耦合等离子体光谱技术（ICPAES）、石墨炉原子吸收（GFAAS）和汞冷原子吸收技术（CVAAS）。

由于ICP-MS具有其他无机分析技术无法比拟的优越性，现被汽车检测行业定为进行车用催化器贵金属分析的必备设备。因此本文的催化器贵金属分析研究均采用电感耦合等离子体质谱法，使用的ICP-MS设备为美国安捷伦生产的ICP-MS 7500a，表2给出了ICP-MS 7500a在分析催化器粉末经前处理方法处理后，用纯水稀释后的样品测定的仪器设备方法条件。铂、钯、铑贵金属标准储备液浓度为1000μg/ml，由国家钢铁材料测试中心钢铁研究总院生产，标准溶液系列由标准储备液稀释逐级配制。

3 实验结果与讨论

3.1 消解溶液对电加热板消解的影响

将多个催化器单元按标准HJ509-2009的要求进行研磨，并通过多家实验室共同定量分析，选择多个试验室的定量结果偏差较小的一个催化器单元的粉末（样品记为S1）作为加热板消解的对比样品，多个试验室测试结果的均值作为该催化器单元的贵金属含量的真值。

首先是高大上的研磨仪和研磨后的样品

为了比较加热板消解前处理方法中使用不同的溶剂作为消解液对车用催化器贵金属分析结果的影响，选择了19种消解溶剂。表3给出了这19中溶剂的配比情况。每一种消解溶剂中使用的催化器粉末样品均为同一的催化器单元的粉末样品。通用的前处理过程为：称取一定量的催化剂粉末样品于100ml的聚四氟乙烯坩埚，加0.2ml超纯水润湿样品，加入不同的消解液中，同时做平行样和过程空白，在电加热板上加热（170℃）2小时，然后升温赶酸，赶酸至近干时，加入王水10ml盖上盖后再次溶解，待溶液冷却后，将样品转移至PET瓶中，用超纯水定重至50g，摇匀后静置2-3天以备稀释测定。

赶酸

回流

图1、图2和图3分别给出了了19种不同消解溶剂对催化器贵金属Pt、Pd和Rh分析结果的影响。从分析结果可以看出，Pt、Pd、Rh贵金属元素在不同酸消解下所呈现的回收率各不同，催化器载体中的Pt在盐酸溶液中湿法消解结果在95%-100%之间，Pd在有硝酸或盐酸存在的消解中溶出效果都比较满意（回收率介于90%-110%之间），Rh在各酸条件下溶出效果均较差，满足不了要求。

图1 不同消解溶剂对Pt分析结果的影响

图2 不同消解溶剂对Pd分析结果的影响

图3 不同消解溶剂对Rh分析结果的影响

3.2 消解时间和温度对电加热板消解的影响

为了验证时间和温度对电加热板湿法消解的影响，对S1样品采用表2.3中序号1的消解溶剂进行不同时间和不同温度的消解，表4给出了170℃下，消解2小时、4小时、6小时和8小时消解后Pt的分析结果比较，表5给出了170℃、190℃、210℃、230℃和250℃消解2小时后Pt的分析结果比较。

表4和表5的结果显示，通过提高电加热版的消解时间和消解温度均能小幅提高催化器贵金属的回收率，但均无法达到满意的试验结果。

4 湿法消解在催化器贵金属分析上的应用

湿法消解的方式不仅限于加热板消解，也有使用沙浴加热消解的方式，表2.6给出了与日产汽车公司进行比对时，日产公司使用沙浴湿法消解后进行ICP-MS分析的试验结果。表6中的模拟HJ509法的前处理方法为：样品称重量为1g，在样品中加入10mL纯水、6mL盐酸、4mL硝酸、6mL氢氟酸，沙浴加热2小时 (200℃)，放冷后加入10mL純水、1mL高氯酸（过氯酸），沙浴加热0.5小时(270℃)，放冷后加入20m王水，沙浴加温 0.5小时( 270℃)，然后进行过滤定容分析，其过滤的残渣按上述方法进行重复溶解。表2.6中的模拟HJ509+硫酸法的不同之处在于在第1次在样品中除了添加模拟HJ509法样品中的10mL纯水、6mL盐酸、4mL硝酸、6mL氢氟酸外还加入了5mL硫酸，其他部分与模拟HJ509法相同。

表6的结果显示，即使对残渣进行再次溶解也不能达到满意的试验结果，更改酸性溶剂的配比也不能提高测试对象的回收率。

5 结论

从文中可得出，并不是在车用催化器贵金属分析过程中所有的湿法消解方法均不能将贵金属完全消解出来，2013在13家实验室进行车用催化器贵金属比对时，其中一家采用消解罐湿法消解，具体方法为称取1.0 g催化剂样品于聚四氟乙烯消化罐中，加入20ml混合酸，放入150℃的烘箱中溶解8 h以上，取出冷却后，过滤至100ml容量瓶中定容。采用PE公司Optima-5300DV双向观测全谱直读等离子体发射光谱仪进行结果分析，12个比对盲样的测试结果的稳健Z比分数结果均满意。其采用的分析设备离子体发射光谱的分析精度和准确度较ICP-MS低，其测试结果的保障主要来自消解的溶出率高。同样是湿法消解由于其才用了消解罐，并采用的合适的酸性溶剂体系，达到的非常满意的比对结果。