高純金中雜質的萃取過程及ICP-OES測定方法

文|牛聰敏 曹淼 吳曉燕 董帥 于坤 趙娜 路亞楠 李濤

隨著黃金市場的開放，黃金作為保值的重要金屬之一，越來越受到消費者的關注。檢測黃金中雜質的含量主要有兩個方面的原因：一是測定純度是否達標；二是測定其中是否含有有害元素。因此，檢測黃金中雜質的含量就顯得極其重要。

常用的測定黃金中雜質含量的方法有火試金法、重量法、滴定法、X熒光光譜法、原子光譜法和質譜法等。火試金法是測定黃金首飾中最經典的方法，但只適用于金含量小于99.5%的樣品；重量法是測定黃金純度最簡單的方法，但是準確度和精密度不高；滴定法是礦山產業最常用的檢測方法，但操作過程較為復雜；X熒光光譜法對樣品要求較高；質譜法儀器價格昂貴。由于電感耦合等離子體發射光譜法（ICP-OES）。它具有檢出限低、線性范圍寬、靈敏度高、分析速度快、穩定性好且能同時測定多種元素等特點，近年來常被用來測定高純金中的雜質元素。

實驗采用乙酸乙酯做萃取劑萃取分離高純金中的雜質，用電感耦合等離子體發射光譜儀ICP-OES測定其含量，并對萃取過程及測定方法進行了詳細研究。測得被測雜質元素的檢出限為0.00002-0.00010%，回收率在93.08%-107.65%之間，相對標準偏差小于4%，結果令人滿意。

實驗以乙酸乙酯做萃取劑，通過萃取分離，金基體進入乙酸乙酯中，而雜質仍留在水中，達到雜質元素與金基體分離。據我們的了解，關于萃取高純金的實驗中相分離問題未見報道。本文通過查閱了大量的文獻資料和多次反復的實驗，對萃取過程及ICPOES測定方法做了詳細研究。

儀器與試劑

一、儀器及工作條件

電感耦合等離子體發射光譜儀Optima8000（PerkinElmer），高頻發生器射頻功率1300W，工作氣體為高純氬氣，等離子氣流速15L/min，輔助氣流速0.3L/min，霧化器流速0.55L/min，泵流速1.5L/min，積分方式：峰面積，觀測距離：15.0，觀測方式：軸向觀測，讀數延遲時間20s。

二、試劑

鹽酸:1.19g/mL，優級純；

硝酸:1.42g/mL，優級純；

混合酸：硝酸：鹽酸∶水（V:V:V）=1∶3∶3，優級純；

鹽酸:1mol/L，優級純；

鹽酸:1.2mol/L，優級；

乙酸乙酯:用1 mol/L鹽酸洗滌2-3次后備用；

本實驗中所用的水都是指電阻率≥18.2MΩ/cm的高純水。

鈦標準儲備液：1000μg/mL；

混合標準儲備液A：ρ=1000μg/mL；含有Ag，Al，As，Bi，Cd，Cr，Cu，Fe，Mg，Mn，Ni，Pb，Zn；

混合標準儲備液B：ρ=1000μg/mL；含有Ir，Pd，Pt，Rh，Sn，Sb。

實驗部分

一、標準溶液的配制

分別移取1mL3種標準儲備液到100mL容量瓶中，加入20mL混合酸，用水稀釋到刻度線。得到10μg/mL的混合標準儲備溶液。

二、樣品溶液的制備

將樣品剪成細碎薄片，放入聚四氟乙烯的燒杯中，加入20mL6mol/L的鹽酸溶液，在電熱板上加熱煮沸，5min后取下，冷卻后將鹽酸溶液傾去，用水洗滌金片3次，烘干備用。

準確稱取兩份5.0g（精確至0.0001g）高純金樣品，置于250mL燒杯中，加入30mL混合酸溶液，加蓋表面皿，在通風櫥中低溫加熱至沸約1h，使樣品完全溶解，繼續加熱至溶液呈棕褐色，打開表面皿揮發氮的氧化物，等無黃色煙霧冒出時，取下冷卻至室溫，冷卻后不應有單體金析出。用1mol/L鹽酸洗滌表面皿并將溶液定容至40mL，轉移至125mL分液漏斗中，加入25mL乙酸乙酯，振蕩20s，靜止分層。將有機相轉移到另一分液漏斗中，用2mL1mol/L鹽酸振蕩洗滌有機相和漏斗，合并水相（有機相保留回收金）；繼續向水相中加入20mL乙酸乙酯，振蕩20s，靜止分層。有機相用2mL1mol/L鹽酸洗滌，合并兩次水相；重復操作一次，將水相放入原燒杯中。將燒杯中的水相蒸發濃縮至2-3mL（切記不要蒸干），取下冷卻至室溫；用1.2mol/L鹽酸將濃縮后的水相轉移至25mL容量瓶中，并稀釋至刻度，搖勻待測。

同時制備空白溶液。

三、工作曲線的繪制

分別移取0.00，0.50，1.00，5.00mL的4種標準儲備溶液，置于4組50mL容量瓶中，用1mol/L鹽酸定容至刻度，搖勻。在儀器最佳下，用ICP-OES進行測定，以各元素的質量濃度為橫坐標，峰強度為縱坐標，繪制工作曲線。

四、測定

用ICP-OES在各元素的波長下依次對空白溶液和樣品溶液進行測試，通過得到的峰強度值在工作曲線上查出對應的質量濃度。

五、分析結果的計算

按如下公式計算被測雜質元素的質量分數(X)：

其中，

ρx-測定溶液中被測元素的質量濃度，單位為μgmL-1；

Vx-測定溶液的體積，單位為mL；

ρ0-空白溶液中被測元素的質量濃度，單位為μgmL-1；

V0-空白溶液的體積，單位為mL；

m-測定樣品的質量，單位為g。

分析結果精確到0.000001。

結果與討論

一、樣品前處理的關鍵控制點

本實驗用乙酸乙酯做溶劑萃取分離高純金中的21種雜質。將乙酸乙酯加入到溶解后的金溶液水相體系中，充分振蕩靜置后，發生分層，此時金的絡合物H[AuCl4]進入有機相中，而被測雜質元素仍留在水相中，從而實現了金基體與雜質元素的有效分離。

萃取分離原理：根據萃取的溶質在2種溶劑中的溶解度不同，將溶質從溶解度小的溶劑中萃取到溶解度大的溶劑中。萃取后會發生分層現象，可以根據兩種溶劑的密度來區分上下層，密度大的在下層。實驗中所用萃取劑為乙酸乙酯，密度比水小，分層后應為上層。但因為溶解金含量的不同，有時為上層，有時為下層。當有機相溶解的金含量較多時，有機相的密度會變大，分層時為下層；當有機相溶解金較少或者不含金時，對有機相的密度影響不大，此時有機相扔為上層。也可根據顏色來區分有機相和水相：顏色呈黃色的為有機相，無顏色的為水相。（注：隨著萃取次數的增加，有機相的顏色會越來越淺，直至有機相變為無色）。

二、萃取溶劑的選擇

萃取溶劑通常用乙醚和乙酸乙酯。在鹽酸中用乙醚萃取金的效率最高，但毒性較大并且所測雜質與乙酸乙酯不同。從環保方面考慮，本實驗選擇了乙酸乙酯作為溶劑來萃取分離金基體。實驗證明，乙酸乙酯對金具有良好的選擇性，而對于其它金屬元素卻基本不溶解。

三、分析譜線的選擇

選擇3-4條靈敏度較高的譜線，比較被測元素譜線的靈敏度及光譜干擾情況，確定干擾較小、靈敏度高、背景較低、信噪比較高的譜線作為分析譜線。最終選擇的21種元素各自的分析譜線見表1：

四、射頻功率的選擇

射頻功率降低，待測元素原子發射強度變低，嚴重時還可能導致儀器熄火；如果增大射頻功率，光譜強度也會明顯增強，但當射頻功率增大到一定程度時信背比反而降低，而且功率過大，儀器的損耗也越大。因此選擇合適的功率是非常有必要的。本文在其他儀器條件一定的條件下，調節射頻功率為1100、1200、1300、1400、1500W。實驗結果表明隨著功率從1100-1500W逐漸升高，各元素譜線的強度逐漸增強，但1300W之后各元素的上升趨勢變緩。綜合考慮，本實驗選擇1300W作為高頻發生器的射頻功率。

表1 元素特征譜線的選擇

五、輔助氣流速的選擇

輔助氣流速也是對樣品的分析測試結果影響較大的因素之一。本文選擇濃度為1μg/mL的4種標準溶液作為優化測試溶液，在其他儀器條件不變的條件下，分別改變輔助氣體的流速為0.1、0.2、0.3、0.4、0.5L/min，實驗結果表明，當輔助氣流速為0.3L/min時平均強度最大，故實驗最終選擇輔助氣體的流速為0.3L/min。

六、霧化氣流速的選擇

霧化氣流速的增加有利于增大譜線信號的強度。然而等離子在較低的霧化氣流量下通常會更穩定。故綜合考慮，本實驗霧化氣流速選擇0.55L/min。

七、方法的精密度及檢出限

對樣品溶液進行10次平行測定，計算3倍的標準偏差得出21種雜質元素的檢出限

和精密度。如表2所示：被測雜質元素的檢出限在0.00002-0.00010%之間；因Bi和Cr的含量較低，故測量出來的相對標準偏差較大，但相對標準偏差仍小于4%。

表2 檢出限和精密度表

八、回收率

分別在樣品中加入各元素質量濃度為0.50 μg/mL的混合標準溶液，測定21種元素的回收率。實驗結果見表3：被測雜質元素的回收率在93.08-107.65%之間。其中Ag的含量最高，為0.00020%,但仍低于規定值，Al的含量為0.000105%，略高于規定值。實驗測得對人體有害的4種重金屬Ag、Pb、Cr、Cd的含量均低于規定值。

本研究用乙酸乙酯做萃取劑，ICP-OES測定高純金中21種雜質元素。與類似文獻相比，文章對純金中雜質的萃取過程及ICP-OES測定方法進行了詳細的研究。測得被測元素的檢出為0.00002-0.00010%，回收率在93.08-107.65%之間，相對標準偏差小于4%，結果令人滿意。

表3 各個元素測定及回收實驗結果