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ICP-MS 測定車用陶瓷催化劑中 鉑,、鈀,、銠元素的含量
閱讀：252 發(fā)布時間：2025-2-17摘要本文介紹了一種使用 ICP-MS電感耦合等離子體質(zhì)譜儀 準(zhǔn)確測定汽車陶瓷催化劑中鉑,、鈀,、銠元素含量的方法。該方法具有出色的靈敏度,、準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性,，能夠滿足日常分析要求。
前言鉑,、鈀,、銠等貴金屬通常是作為陶瓷催化劑中的活性成分，對一氧化碳、碳?xì)浠衔?、氮氧化合物等起到催化還原作用,。準(zhǔn)確測定催化劑中的貴金屬含量對于上游催化劑生產(chǎn)企業(yè)、下游汽車生產(chǎn)廠商以及監(jiān)管部門而言都具有重要意義,。根據(jù) HJ 509-2009[1]關(guān)于貴金屬的檢測含量的質(zhì)量控制要求,，準(zhǔn)確度分析誤差必須< 10% 且平行樣相對偏差必須 < 2%。這些要求給分析實驗室?guī)砹颂魬?zhàn),，要求分析人員嚴(yán)格控制樣品前處理和 ICP-MS 測定誤差,。在催化劑樣品前處理中，通常采用濕法消解和（超級）微波消解[2],，且可以進(jìn)行批量前處理,。常用的分析方法包括 ICP-OES法、ICP-MS 法和 X-熒光光譜法等,。但隨著生產(chǎn)工藝的不斷精進(jìn)與成本控制水平的提升,，陶瓷催化劑中貴金屬的添加量日趨減少，直接導(dǎo)致 ICP-OES（電感耦合等離子體發(fā)射光譜）等傳統(tǒng)分析方法由于檢出限的限制而面臨適用性挑戰(zhàn),。相比之下,，ICP-MS憑借其超低檢出限與高效檢測能力，正逐漸成為貴金屬定量分析的技術(shù),。本文提供了一種采用 ICP-MS 準(zhǔn)確,、穩(wěn)定地測定催化劑中鉑、鈀,、銠元素的定量分析方法,。該方法性能出色，可滿足陶瓷催化劑中鉑,、鈀,、銠元素的分析要求。
實驗部分試劑和樣品鹽酸和硝酸均為電子級,，購于安譜公司,；所用實驗用水為 MilliporeMilli-Q 超純水系統(tǒng)現(xiàn)制備的高純?nèi)ルx子水；1000 µg/mL 多元素混合標(biāo)準(zhǔn)溶液由安捷倫科技公司提供,，包括：Pt 元素單標(biāo)溶液（部件號 5190-8501）,，Pd 元素單標(biāo)溶液（部件號 5190-8497），Rh 元素單標(biāo)溶液（部件號 5190-8509）,；樣品為市售產(chǎn)品,。儀器和設(shè)備采用 Agilent 7850 ICP-MS 系統(tǒng)（部件號 G8422AA），配備如下安捷倫模塊：ORS4 八極桿碰撞反應(yīng)池,、標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)樣系統(tǒng)（包含MicroMist 玻璃霧化器,、帶制冷控溫的玻璃霧化室,、2.5 mm 一體化炬管中心管）、鎳采樣錐和截取錐,。由于不同催化劑中的摻雜元素存在差異,，待測元素鉑、鈀,、銠會受到特定的干擾（見表 1）,，因此推薦采用氦氣碰撞模式進(jìn)行測定。7850 ICP-MS 配備的 ORS4 八極桿碰撞反應(yīng)池具有良好的氦氣碰撞模式干擾消除效果,，可有效消除聚合離子的干擾,，同時保持高靈敏度。本實驗中,，待測元素與所選質(zhì)量數(shù)分別為 Pt 195,、Pd 105、Rh 103,，內(nèi)標(biāo)元素為 In 115 和 Re 185,。表 1 列出了鉑、鈀,、銠元素的常見質(zhì)量干擾離子,；表 2 為本實驗所用的 ICP-MS 操作條件,。
標(biāo)準(zhǔn)品制備分別移取 0.0,、0.2、0.4,、0.6,、0.8 和 1.0 mL 的 10 µg/mL 鉑、鈀,、銠元素儲備標(biāo)準(zhǔn)溶液于 100 mL 容量瓶中,；然后分別加入1 mL 1000 µg/mL Na 單標(biāo)溶液（用 NaCl 固體配制得到），以及0.5 mL 10 µg/mL 的 In 和 Re 混合內(nèi)標(biāo)溶液,；再用 1% HCl 溶液定容至 100 mL,，所得系列校準(zhǔn)標(biāo)樣的濃度分別為 0、20,、40,、60、80 和 100 µg/L,，且內(nèi)標(biāo)濃度為 50 µg/L,。
樣品前處理準(zhǔn)確稱取約 0.3 g 樣品（精確至 0.0001 g）置于聚四氟乙烯微波消解罐中，加入 6 mL 濃 HCl,、4 mL 濃 HNO3 和 6 mL 濃 HF,，蓋上并擰緊消解罐蓋子,，置于微波消解儀中消解。在消解時同步制備樣品空白,。將消解升溫程序設(shè)定為：在 10 min 內(nèi)升溫至 210 °C,，保持30 min，然后冷卻 30 min,。待消解后,，取出消解罐，置于帶孔石墨趕酸儀中,；在 170 °C 下趕酸到直至剩余約 0.5 mL,；取下消解管并冷卻；然后向其中加入 10 mL HCl 溶液,，加熱至微沸狀態(tài)后,，再取下冷卻，并用高純?nèi)ルx子水定容至 100 mL,。樣品溶液上機(jī)前,，根據(jù)樣品待測元素含量高低，取大約 10 mL 樣品溶液,，分別向其中加入 1 mL 的 1000 µg/mL Na 單標(biāo)溶液（用基準(zhǔn)NaCl 固體配制而成）,、0.5 mL 10 µg/mL 的 In 和 Re 混合內(nèi)標(biāo)溶液，再用 1% HCl 溶液定容至 100 mL,，待上機(jī)檢測,。
結(jié)果與討論校準(zhǔn)曲線與檢出限圖 1 顯示了鉑、鈀和銠元素的校準(zhǔn)曲線,。從圖中可以看到,，三種元素的線性相關(guān)系數(shù)均 ≥ 0.9999；且方法檢出限換算為固體含量后,，分別為：Pt 0.0037 mg/kg,、Pd 0.0048 mg/kg 和 Rh 0.0013 mg/kg，表明該方法具有出色的信噪比,，能夠滿足 HJ 509-2009 標(biāo)準(zhǔn)中 Pt,、Pd 和 Rh 元素檢出限 0.005 mg/kg，定量下限 0.02 mg/kg 的要求,。
樣品分析與加標(biāo)回收實驗按照上述方法對四個實際催化劑樣品進(jìn)行分析,，結(jié)果列于表 3 中。從表中可以看出,，各樣品中鉑,、鈀和銠的含量存在差異，但整體趨勢為鉑 > 鈀 > 銠,。另外,，分別向各催化劑樣品中加入 50 µg/L標(biāo)液進(jìn)行加標(biāo)回收實驗,。結(jié)果同樣列于表 3 中。從表中可以看出,，各樣品中鉑,、鈀和銠的加標(biāo)回收率均處于 97.63%–101.40%之間，表明該方法具有出色的準(zhǔn)確度,。
穩(wěn)定性測試由于 HJ 509-2009 對催化劑樣品中鉑,、鈀和銠的測定方法有較高的要求[1]，因此本實驗考察了方法的長期穩(wěn)定性,。其中將樣品 1 總共進(jìn)樣分析 117 次,，且每 10 次樣品后回測一次 QC 標(biāo)準(zhǔn)溶液（標(biāo)準(zhǔn)溶液 2）。圖 2 顯示了 3.5 h 穩(wěn)定性測試中內(nèi)標(biāo)元素 Re 和 In 的回收率,。結(jié)果表明,，115In 內(nèi)標(biāo)元素的回收率范圍為 95.9%–104.9%，185Re 內(nèi)標(biāo)元素的回收率范圍為 99.2%–105.2%,，表現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性,。同時，在 3.5 h 穩(wěn)定性測試中,，樣品中三種目標(biāo)元素實測含量的極差值均小于 0.20 µg/L,；QC 標(biāo)準(zhǔn)溶液中三種目標(biāo)元素的極差值均 < 0.9 µg/L，RSD 均小于 0.6%（Pt,、Pd 和 Rh 的 RSD 分別為 0.54%,、0.56% 和 0.36%）。
結(jié)論本文介紹了一種采用安捷倫高性能 7850 ICP-OES 準(zhǔn)確測定催化劑中鉑,、鈀,、銠元素的定量分析方法。該方法結(jié)合安捷倫八極桿碰撞反應(yīng)和三重去背景干擾技術(shù),，能夠有效消除多原子離子的質(zhì)量干擾，保持分析結(jié)果的穩(wěn)定性,。方法性能考察結(jié)果表明,，三種目標(biāo)元素的檢出限滿足 HJ 509-2009 的要求；且樣品中目標(biāo)元素的加標(biāo)回收率在 97.63%–101.40% 之間,，表明該方法具有出色的準(zhǔn)確度,。此外，在 3.5 h 穩(wěn)定性測試中,，內(nèi)標(biāo)元素 115In 和185Re 的回收率在 95.9%–105.2% 之間,，表明該方法具有良好的穩(wěn)定性。因此,，所開發(fā)的方法適用于準(zhǔn)確測定催化劑中的鉑,、鈀,、銠元素含量，可助力催化劑行業(yè)實現(xiàn)準(zhǔn)確高效的貴金屬元素定量分析,。