电感耦合等离子体原子发射光谱法测定催化剂中铂钯元素

庞晓辉 高 颂 梁 钪 王桂军 王 芳

(1.中国航发北京航空材料研究院 ；2.航空材料检测与评价北京市重点实验室；3.材料检测与评价航空科技重点实验室，北京 100095)

1 引言

铂铝催化剂、钯铝催化剂等广泛应用于石油化工领域中加氢、脱氢、重整、歧化、裂解等反应中。铂族金属如铂、钯元素是催化剂中的主要活性组分，其含量对催化剂的质量和价格有重大影响，需要准确测定。石油化工领域中使用过的催化剂中因积炭、载体结构变化、金属晶粒聚集或流失等因素导致催化剂失去活性，需要定期更换。由于铂族金属价值高，当催化剂使用寿命结束时，铂族金属必须循环回收利用，对铂、钯进行提纯加工，废催化剂中铂、钯元素检测也同样有很大需求，准确测定催化剂中铂、钯等元素含量，具有重要的意义[1-3]。由于电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)具有线性范围宽、基体效应小、检出限低、灵敏度高、快速、简便等特点，在冶金、地质、环境等领域被广泛应用[4-7]。本实验采用ICP-AES对铝基催化剂中元素铂、钯的测定进行了研究，对催化剂合金样品的溶解、分析谱线选择、基体及共存元素干扰等进行了的试验，建立了适于测定催化剂合金中素铂、钯的分析方法，并应用于实际样品分析中。

2 实验部分

2.1 仪器和工作条件

美国Perkin Elmer公司生产的Optima5300V型全谱直读电感耦合等离子体光谱仪，分段式电感耦合检测器SCD；高频频率：40MHz；正向功率：1.3kW，观测高度：15mm，冷却气流量：15L/min，雾化气流量：0.8L/min，辅助气流量：0.2L/min；积分时间：2～5s。

分析线波长：Pt 265.94 nm、Pd 340.45nm。

2.2 试剂

Pt、Pd单元素标准储备液1.00 mg/mL，国家标准溶液，钢铁研究总院制，使用时逐级稀释，配制成适当浓度的混合标准溶液，Y内标溶液0.2mg/mL。

实验用盐酸、硝酸均为优级纯,水为去离子水,纯铝(质量分数大于99.95%)。

2.3 实验方法

2.3.1试样制备

称取约3.0 g试样置于恒重后的瓷坩埚m0中，称重并记录质量为m1。将瓷坩埚置于马弗炉中，将马弗炉升温至850℃，保温4h，取出瓷坩埚，稍冷，将瓷坩埚移入干燥器中，放置至室温，取出，称重瓷坩埚并记录质量为m2，精确至0.0001 g。通过下式求出样品的烧失量。

2.3.2试样溶液的制备

将灼烧过的样品用铁乳钵破碎成粉末状，称取0.1000g试样置于150mL烧杯中，加入30mL盐酸、10mL硝酸、低温加热溶解完全，根据试样溶解情况可适当补加盐酸，溶解完全后，控制溶液体积约10mL，冷却至室温，转移入100mL容量瓶中，加入2.00mL的Y内标溶液，用水稀释至刻度,混匀，待测。

2.3.3工作曲线系列溶液的制备

分别称取0.05g纯铝4份，于4个150mL烧杯中，按试样溶液的制备步骤2.3.2进行处理，分别加入适量待测元素Pt、Pd的标准溶液，配制成工作曲线系列溶液，浓度见表1。

表1 工作曲线溶液浓度 μg/mL

2.4 测定

于电感耦合等离子体原子发射光谱仪上，在选定的工作条件下测量工作曲线溶液，以曲线溶液浓度为横坐标，以谱线强度比为纵坐标，绘制工作曲线，测定试样溶液中铂、钯的含量。通过烧失率计算出自然基催化剂中铂、钯含量C。

C=测得值×(1-烧失量)

3 结果与讨论

3.1 样品溶解试验

铂铝催化剂、钯铝催化剂等催化剂样品一般为颗粒状或长条状，用试剂直接进行溶解效果不好，进行了样品前处理方法试验, 分别称取不同状态下的催化剂样品0.1000g置于150mL烧杯中，采用盐酸+硝酸(3+1)混合酸40mL低温加热溶解，试验结果见表2。

表2 样品溶解试验

试验表明，样品不经破碎、不经高温灼烧，自然基原始状态下直接进行溶解的效果最差，溶液中有明显不容物；样品经破碎或高温灼烧后，溶解效果改善，但仍有不容物；样品经高温灼烧后，再破碎成粉末状态后再溶解效果最好，样品基本溶解完全。分别对不同处理过程的不溶物进行过滤烘干处理，得到的残渣进行定性分析，检查不容物组分，发现不容物中主要含铝，另含有微量Pt或Pd元素，而样品经灼烧(850 ℃,4小时)，再破碎成粉末状态，不溶物中Pt或Pd含量极少或不含，对Pt或Pd的测定结果没有影响，因此样品前处理采用将灼烧过的样品用铁乳钵破碎成粉末状，再用盐酸、硝酸混合酸低温加热溶解的方法，

3.2 分析线的选择

选择待测元素Pt、Pd的灵敏线数条，用Pt、Pd元素的单标准溶液(1μg/mL)和Al单标准溶液(0.50 mg/mL)，在选定的波长处做谱图扫描，考察待测元素谱线受干扰情况，结果见表3。

表3 谱线选择结果

经选择对比，最后确定分析线波长：Pt 265.94 nm、Pd 340.45 nm。

3.3 内标的选择

测量过程中受各种因素影响数据会有波动，因此需要加入内标元素进行控制[8]。分别处理6份同

一催化剂样品，选择加内标(Y内标溶液0.2mg/mL，加入2.00mL)和不加内标方式进行上机测量，试验结果(n=6)见表4。

表4 内标试验结果

结果表明加入可以改善测量的精密度，本实验采用加内标的方法。

3.4 方法的准确度和精密度

按所确定的仪器工作参数与实验方法，对铂铝催化剂和钯铝催化剂样品进行测定，做精密度试验(n=6)和加标回收试验，结果见表5 。

表5 精密度试验和加标回收试验

分别对铂铝催化剂和钯铝催化剂样品，采用不同方法进行比对试验，结果见表6。

表6 不同方法数据对照 %

4 结论

催化剂中的主要有效成分是贵金属元素Pt、Pd等，准确测定催化剂中Pt、Pd含量，对控制催化剂的成本和保证催化性能，以及从废催化剂中回收贵金属都具有重要的意义。

本方法优化了催化剂的前处理过程，确保催化剂能够完全溶解；选择灵敏度高，干扰小的谱线为分析线；在工作曲线中进行基体匹配,消除光谱干扰；通过加入内标改善测定的精密度；进行了加标回收试验和不同方法比对试验，结果表明，本方法快速、准确,可用于催化剂中贵金属元素Pt、Pd的测定。