微波消解/ICP-OES測定重整催化劑中的鉑金屬元素

單紅飛, 廖奕鷗, 倪雪梅, 趙素云

(沈陽三聚凱特催化劑有限公司, 沈陽 110144)

微波消解/ICP-OES測定重整催化劑中的鉑金屬元素

單紅飛, 廖奕鷗, 倪雪梅, 趙素云

(沈陽三聚凱特催化劑有限公司, 沈陽 110144)

ICP-OES是測定復(fù)雜基體中元素的分析技術(shù),具有快速、多元素測定和靈敏度高等特點(diǎn),ICP-OES 廣泛應(yīng)用于石油及其產(chǎn)品中常量金屬元素測定工作。采用HNO3為消解體系經(jīng)微波消解重整催化劑樣品。通過優(yōu)化電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀( ICP-OES) 的工作條件,采用內(nèi)標(biāo)校正標(biāo)準(zhǔn)工作曲線法,建立了ICP-OES 測定重整催化劑中鉑元素含量的分析方法。根據(jù)繪制元素標(biāo)準(zhǔn)曲線,測定重整催化劑中鉑元素加標(biāo)平均回收率為99.34%～102.70%,相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.50%。該方法用于重整催化劑中鉑元素的鑒別和測定,簡便快捷,結(jié)果準(zhǔn)確,適合測定石油及其產(chǎn)品中常量元素,對(duì)企業(yè)加工過程和產(chǎn)品品質(zhì)控制有著至關(guān)重要的作用。

ICP-OES; 重整催化劑; 鉑; 微波消解

0 引 言

重整反應(yīng)裝置是芳烴聯(lián)合裝置的核心,用于生產(chǎn)高辛烷值汽油調(diào)合組分和芳烴,它的運(yùn)行狀況直接影響企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益,催化重整產(chǎn)業(yè)的發(fā)展其核心即為催化劑技術(shù)的發(fā)展,當(dāng)今的連續(xù)再生催化劑主要是以球形氧化鋁為載體的雙金屬Pt-Sn催化劑,其中的鉑構(gòu)成脫氫活性中心,促進(jìn)脫氫、加氫反應(yīng);而酸性載體提供酸性中心,促進(jìn)裂化、異構(gòu)化等正碳離子反應(yīng),這2種功能在反應(yīng)中是有機(jī)配合的[1]。因此,在生產(chǎn)催化劑中使得2種功能得到適當(dāng)?shù)呐浜鲜且粋€(gè)重要問題,由此可見,鉑重整催化劑中鉑含量的測定在生產(chǎn)和科研中具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。催化劑中鉑的測定多采用比色法[2-4],儀器受周圍環(huán)境影響大,測定的數(shù)據(jù)穩(wěn)定性不好,也有研究者采用X熒光光譜儀進(jìn)行檢測[5-6],通過壓片方法制備樣品時(shí)難以消除礦物效應(yīng),建立標(biāo)準(zhǔn)曲線工作繁瑣。用ICP-OES方法測定樣品的金屬含量,金屬被完全分解,全部轉(zhuǎn)移到測量溶液中,操作簡單、分析速度快,同時(shí)經(jīng)過處理,可以消除載體對(duì)測定結(jié)果的影響。

近年來,微波消解因其消解時(shí)間短、操作簡便、具有速度快、消解能力強(qiáng)、溶劑用量少、可消除空氣塵埃和氣溶膠帶來的污染、減少勞動(dòng)強(qiáng)度和改善了工作環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)而得到廣泛應(yīng)用[7-8]。

電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀(ICP-OES)將樣品溶液以氣溶膠形式導(dǎo)入等離子體炬焰中,樣品被激發(fā)后發(fā)射出所含元素的特征波長的光,經(jīng)分光系統(tǒng)光譜展開后,其譜線強(qiáng)度由光電器件接收并轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)而被記錄,然后根據(jù)每個(gè)元素所發(fā)射的特征波長的譜線強(qiáng)度來進(jìn)行定性與定量分析的方法,該方法具有檢測限低、精度高、濃度的測定線性范圍寬、干擾小和多元素可同時(shí)測定等優(yōu)點(diǎn)[9-14]。

本文采用硝酸消解體系對(duì)樣品進(jìn)行消解處理,建立了ICP-OES方法測定重整催化劑中鉑元素的方法。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試 劑

濃硝酸( 優(yōu)級(jí)純) ;超純水(電導(dǎo)率不小于18 μs/m); 鉑標(biāo)準(zhǔn)溶液( 1 000 mg/L),標(biāo)準(zhǔn)溶液購自國家有色金屬及電子材料分析測試中心。

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器

表1 實(shí)驗(yàn)儀器明細(xì)表Tab.1 The details of experimental instruments

1.3 儀器分析參數(shù)

表2 ICP-OES工作條件Tab.2 The operating conditions of ICP-OES

1.4 標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制

采用移液槍,準(zhǔn)確量取500、1 000和2 000 μL鉑標(biāo)準(zhǔn)溶液(1 000 mg/L),分別置于100 mL 容量瓶中,再用2%的稀硝酸定容,即得到濃度為5、10、20 mg/L的ICP標(biāo)準(zhǔn)溶液。待采用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀( ICP-OES)測定,建立標(biāo)準(zhǔn)曲線。

2 結(jié)果與討論

2.1 樣品前處理

將球狀樣品用瑪瑙研缽研磨成細(xì)粉(大于300目),然后準(zhǔn)確稱取本品的細(xì)粉約0.1 g( 精確至0.000 1 g),加入10 mL優(yōu)級(jí)純濃硝酸(64%～68%),放入微波消解儀中進(jìn)行消解。待消解完全后,將溶液準(zhǔn)確地轉(zhuǎn)移到100 mL容量瓶中,加稀硝酸稀釋至刻度,搖勻,作為供試品溶液;同時(shí)制備空白溶液。

表3 微波消解條件Tab.3 The experimental conditions of microwave digestion

2.2 檢測條件

2.2.1 分析靈敏線的選擇

圖1 鉑元素的ICP-OES標(biāo)準(zhǔn)工作曲線Fig.1 The standard operating curve of ICP-OES for platinum element

根據(jù)儀器推薦的分析譜線、樣品中被測元素含量、對(duì)被測元素的純標(biāo)液測定,比較信噪比和靈敏度,最終選擇檢出限低、共存元素譜線干擾少、能夠合理扣除光譜背景、精密度和信噪比高的譜線為元素的測定譜線,即為214.42 nm。

2.2.2 標(biāo)準(zhǔn)工作曲線的建立

配制系列濃度0、5、10、20 mg/L鉑標(biāo)準(zhǔn)工作溶液,加入鋁基體至標(biāo)準(zhǔn)溶液,以鉑元素濃度為橫坐標(biāo),測定強(qiáng)度為縱坐標(biāo),繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線如圖1。

標(biāo)準(zhǔn)工作曲線中相關(guān)系數(shù)K=0.999 998,可以滿足分析要求。

2.3 酸度的影響

圖2 溶液酸度與Pt濃度的關(guān)系Fig.2 Relationship between solution acidity and the concentration of Pt

分別配制1%、2%、3%、4%稀硝酸溶液。待樣品消解完全后,將溶液準(zhǔn)確的轉(zhuǎn)移到100 mL容量瓶中,分別加入不同濃度的稀硝酸溶液稀釋至刻度,搖勻,考察溶液的酸度對(duì)分析結(jié)果的影響。

從測定結(jié)果可以看出,當(dāng)溶液的酸度為2%時(shí),鉑元素的霧化效果最好,測定結(jié)果準(zhǔn)確度與理論值相符,最終選擇酸度為2%。

2.4 精密度實(shí)驗(yàn)

精密度是指一組平行測定結(jié)果相互接近的程度,它是人們衡量測定結(jié)果的重要因素,對(duì)于有限次數(shù)的測定,在數(shù)理統(tǒng)計(jì)中,一般采用相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)來衡量數(shù)據(jù)的精密度。取重整催化劑樣品,按照2.1所述方法處理,采用已建立的分析方法,平行測定6次,并計(jì)算該方法精密度,結(jié)果如表4所示。

表4 精密度測定結(jié)果Tab.4 The results of precision measurement

由分析結(jié)果可知,用微波消解法處理試樣,采用ICP-OES法測定,相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差 RSD為0.50%,精密度良好。

2.5 準(zhǔn)確度(回收率)測定

準(zhǔn)確度系指用該方法測定的結(jié)果與真實(shí)值或認(rèn)可的參考值之間接近的程度,一定的準(zhǔn)確度為定量測定的必要條件,因此涉及到定量檢測項(xiàng)目均需要驗(yàn)證準(zhǔn)確度,一般以回收率實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。通過向重整催化劑樣品中分別加入不同水平鉑標(biāo)液,來驗(yàn)證該方法的準(zhǔn)確性。結(jié)果見表5。

表5 回收率測定結(jié)果Tab.5 The results of recovery determination

由表5可知,樣品中鉑回收率在 99.34%～102.70%之間,回收效果較好。說明微波消解 ICP-OES法測量重整催化劑中鉑元素是可靠的。

3 結(jié) 論

本文建立了微波消解-ICP-OES檢測重整催化劑中鉑含量的方法,測定結(jié)果表明,該方法具有測量準(zhǔn)確性高,數(shù)據(jù)可靠的優(yōu)點(diǎn),同時(shí)操作簡單、快速,可用于重整催化劑中鉑含量的分析。

[ 1 ]張昭,張玉紅,張大慶. 硫?qū)︺K錸重整催化劑正庚烷脫氫環(huán)化性能的影響[J]. 石油煉制與化工, 2016,47(12):22-27.

[ 2 ]王貴. 紫外可見分光光度計(jì)及其應(yīng)用[J]. 廣州化工, 2016,44(13):52-53.

[ 3 ]王曉玲,張開清. 721型分光光度計(jì)常見故障及排除方法[J]. 計(jì)量與測試技術(shù), 2015,42(5):35-38.

[ 4 ]王昕. 可見分光光度計(jì)的日常保養(yǎng)與維修[J]. 計(jì)量與測試技, 2014,41(3):55-56.

[ 5 ]章連香,符斌. X-射線熒光光譜分析技術(shù)的發(fā)展[J]. 中國無機(jī)分析化學(xué), 2013,3(3):1-7.

[ 6 ]胡波,武曉梅,余韜,等. X射線熒光光譜儀的發(fā)展及應(yīng)用[J].核電子學(xué)與探測技術(shù), 2015,35(7):695-706.

[ 7 ]梁淑軒,王欣,吳虹,等. 微波消解/ICP-MS測定水系沉積物中的9種重金屬元素[J]. 光譜學(xué)與光譜分析, 2012,32(3):809-812.

[ 8 ]張磊,王曉艷,李波. 微波消解技術(shù)在金屬分析中的應(yīng)用[J]. 光譜實(shí)驗(yàn)室, 2010,27(3):953-957.

[ 9 ]劉蕾,姜巍. 電感耦合等離子光譜儀測定石灰石鈣量吉[J]. 森林地質(zhì), 2016,35(4):103-105.

[10]盧兵,杜少文,盛紅宇,等. AAS、ICP -AES、ICP -MS及XRF測定地質(zhì)樣品中銅鉛鋅錳的對(duì)比研究[J]. 分析測試, 2014,35(9):78-81.

[11]YIM S A,CHOI M S,CHAE J S. Direct determination of gold in rock samples using collision cell quadrupole ICP-MS[J]. Journal of The American Society for Mass Spectrometry, 2012,23(1):171-178.

[12]BALCERZAK M. Quantification of noble metals in biological and environmental samples[M].Berlin: Springer, 2016:371-402.

[13]CINTI D, ANGELONE M, MASI U, et al. Platinum levels in natural and urban soils from rome and latium (italy): significance for pollution by automobile catalytic converter[J]. Science of the Total Environment, 2002,293(1):47-57.

[14]SID KALAL H, HOVEIDI H, THAGIOF M, et al. Pre-concentration and determination of platinum (Ⅳ) in water samples using chelating resin by inductively coupled plasma atomic emission spectroscopy (ICP-AES)[J]. International Journal of Environmental Research, 2012,6(3):739-750.

Determinationofplatinuminreformingcatalystsbymicrowavedigestion/ICP-OES

SHANHongfei,LIAOYiou,NIXuemei,ZHAOSuyun

(Shenyang Sanjukaite Catalyst Co., Ltd., Shenyang 110144, China)

ICP-OES is an analytical technique for the determination of elements in complex matrices, which has rapid, multi-element determination and high sensitivity characteristics. It is widely used in the constant determination of metal elements in petroleum and its products. HNO3 acid were used to digest reforming catalyst under microwave digestion system. By optimizing the inductively coupled plasma emission spectrometry ( ICP-OES) working conditions, using internal calibration standard working curve method, the analysis method for the determination of platinum element in reforming catalyst was established. According to the standard curve of the element, the average recoveries of the platinum element in the reforming catalyst were 99.34%～102.70%, and the relative standard deviations were 0.50%. The method can be used for the identification and determination of platinum element in the reforming catalyst, which is simple, rapid, and accurate. It is suitable for the determination of constant elements in petroleum and its products and plays a vital role in enterprise processing and product quality control.

ICP-OES; reforming catalyst; platinum; microwave digestion

2017-08-16。

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(20807563)。

單紅飛(1985-),女,遼寧阜新人,沈陽三聚凱特催化劑有限公司中級(jí)工程師,碩士。

1673-5862(2017)04-0405-04

O657.31

A

10.3969/ j.issn.1673-5862.2017.04.005