煤的微波消解中元素測定

柴聰

摘要：準確測定煤中硼的含量；能給煤沉積環境的研究提供科學合理的數據支持。由于硼元素易揮發；在實際測量中很難準確的測定煤中硼元素的含量。本文采用改進的微波消解法進行煤中硼元素的測量；經過適當改進后的微波消解法能較準確地測定煤中硼元素的含量；該方法檢出限較低僅為0.34ng/mL；符合硼元素的檢測要求；并且檢測速度快；適用于實驗室中的批量分析檢測。

關鍵字：煤；微波消解；硼

1 前言

煤中硼元素含量的多少與其受到海水影響的程度有關，煤中硼元素含量越高表明對其造成影響的海水中鹽含量越高，通過測量煤中硼元素的含量，對于研究煤形成的環境具有重要的指導意義。目前，我國尚未制定煤中硼元素測量的國家標準，國內很多學者提出的硼元素含量測定方法，或多或少的都有其自身的局限性，不能精確地測量出煤中硼元素的含量。對煤樣品進行微波消解處理具有處理迅速、對樣品影響小、對比樣數值低等優點。運用微波消解技術測定硼元素也有其自身的不足，導致測定的數據穩定性較差。本文通過對微波消解測定技術進行一定的改進，提高了硼元素測定的準確性，為煤起源的研究工作提供了數據保障。

2 實驗部分

2.1 檢測儀器及試劑

為了保障檢測數據具有較高的精度，試驗中的檢測儀器均使用精度較高的進口儀器，主要包括：X-SeriesⅡ 電感耦合等離子體質譜儀、Ultra CLAVE Ⅳ 微波消解儀、酸純化系統和酸清洗系統等。

硼元素檢測試驗中使用的標準溶液為：100μg/mL的標準鈹混合溶液、1000μg/mL的標準硼單元素溶液。

實驗過程中用到的試劑主要包括：65%的優級純HNO3、85%的優級純H3PO4、98%的分析純H2SO4、40%的MOS級HF。

2.2 容器清洗及樣品稱量

在檢測實驗過程中用到的所有容器都要經過徹底清洗干凈后才能用于實驗中，具體做法是：將消解管、消解罐以及容量瓶放入盛有5%硝酸溶液的容器中，確保硝酸溶液能淹沒所有的容器，將容器在溶液中至少淹沒24個小時，然后取出沖洗干凈，晾干備用。

對樣品進行200目左右的破碎，用高精度天平稱量50mg左右的樣品，精確稱量至0.1mg，稱量完成后，立即將樣品轉移至清洗干凈的消解管中，確保所有的樣品都位于消解管的底部，減少掛壁損失。

2.3 樣品加酸處理

依次往盛有樣品的消解管中注入0.5ml的H3PO4、3mL的HNO3以及1mL的HF。注入酸溶液的時候，要沿管壁進行注入，防止酸溶液濺出損失，導致測量結果的可靠性降低，同時要對管壁進行充分的沖洗，將管壁粘有的樣品沖入到溶液中去。待所有酸液都加入后，立即蓋緊管塞，避免酸溶液揮發損失，準備進行樣品的消解。

2.4 微波消解及趕酸定容

向微波消解儀中，依次加入330mL的超純水、30mL的H2O2、2mL的H2SO4。然后按照下表的要求進行消解處理。

按照上面表格的要求，將樣品完全消解后，然后把消解后的容易轉移至消解罐中，同時對消解管進行充分的沖洗，并將沖洗后的溶液一同導入消解罐中。確保所有的消解液都轉移到消解罐后，加熱消解罐，直至溫度達到180℃左右，穩定溫度進行蒸餾。蒸餾溶液至黃豆粒大小的分量時，向消解罐中注入5mL的濃度為50%的硝酸溶液，然后封閉消解罐的塞子，對消解罐進行蒸餾，蒸餾4小時后，停止加熱，保持消解罐在自然狀態下冷卻至室溫。提取消解罐中的剩余液體至容量瓶中，用超純水充分清洗消解罐體和塞子，然后將清洗液一同移入定量瓶中，定容后搖勻待測。

3 檢測結果分析

3.1 同位素和內標選定

硼元素含量測定的精度受到多原子離子的影響，而硼在自然界中的同位素有兩種，分別是10B和11B。其中后者形成的峰可能會與12C形成的質譜峰重疊，影響硼元素含量的測定，為了避免測量工作中干擾現象的出現，選定10B來進行硼元素含量的測定。

由于在該種測量方法中，基體效應不可避免，因此要選用內標來抵消基體效應帶來的不利影響。此外，采用內標還可以監測和糾正信號的長短期漂移，進而提高檢測數據的準確性。內標元素的選定，要考慮其電離電勢和質量數與待測元素相近，因此，內標元素選定鈹，并采用在線加入的方式。

3.2 分辨率和沖洗液的選定

分辨率是對相鄰質譜峰進行區分的能力大小，分辨率的大小主要是由狹縫間距的大小決定的。對同一樣品進行檢測，不同的分辨率會有不同的檢測結果，當設置的分辨率較低時，測量數據會受到拖尾峰重疊的干擾，當分辨率較高時，離子的傳輸效率就會相應的降低，從而造成靈敏度的下降。由于樣品中含有較多的碳元素，12C尾部和40C4+的質譜峰會對10B的測定造成干擾，所以要采用較高的分辨率，進而去除這些不利的影響。

硼元素具有較強的記憶效應，適宜的沖洗液可以避免進樣時的污染，保證測量結果的準確性。通過用超純水、2%的HNO3、2%的氨水溶液進行對比試驗，通過對比試驗的分析，可知用2%的氨水溶液進行沖洗的效果最好，因此，優選2%的氨水溶液作為沖洗液。

3.3 儀器和方法檢出限

儀器檢出限是指對空白樣品進行11次的連續檢測，3倍標準偏差所對應的濃度值，而方法檢出限是指對空白樣品進行11次的連續檢測，3倍標準偏差所對應的樣品含量。通過實驗測量，試驗中所用儀器的檢出限為0.22ng/mL，硼元素的方法檢出限為0.34 ng/mL，其遠小于改進前的檢出限，因此，改進后的硼元素檢測方法具有較高的精確度。

3.4 方法準確度

改進后的方法對煤中硼元素的檢測結果如下表所示，由表中的具體數據可以看出，硼元素的測定值非常接近真實值，相對誤差小于12%，精密度小于0.6%，因此，該方法測定煤中的硼元素具有較高的精度。

4 結語

綜上所述，采用改進后微波消解法測量煤中硼元素的含量具有較高的精度，并且該方法測量速度快、精確度高、操作簡便，特別適用于批量進行測定。希望該方法能對研究煤成因的科研人員提供精確的數據支持，推動我國的煤炭行業發展。

參考文獻

[1]姚海云，譚靖，郭冬發，等.同位素稀釋電感耦合等離子體質譜法測定高純石英中痕量硼[J].質譜學報，2004（2）：77-83.