真空蒸馏预富集电感耦合等离子体发射光谱法测定铂

　　　　 作者：朱茜 邓飞跃 彭穗 杨春玉 丘克强

【摘要】 　　建立了真空蒸馏预富集电感耦合等离子体发射光谱法测定铅试样中微量铂的方法。在真空条件下，利用Pb和Pt在较高温度下蒸汽压的差别进行分离，富集后的铂溶解制成溶液后进行电感耦合等离子体发射光谱检测，实现了真空密闭回收铅。针对试样的特点，对真空蒸馏方法理论上的可行性进行研究。结果表明：在蒸馏温度为1250 K，真空度为30 Pa，蒸馏时间为3 h条件下，铂的富集分离效果最好，可富集至99.01%以上。线性范围为0.023～20 mg/L，检出限（3σ）为0.0069 mg/L，对样品测定的相对标准偏差为1.7%（n=6）。用本方法对样品中加入的铂标准溶液进行了测定，回收率为99.8%～103.0%。本方法简便快速、无污染，已应用于废电路板贵金属冶余物料中铂的测定。

【关键词】 真空蒸馏预富集； 电感耦合等离子体发射光谱； 铂； 铅

　　Abstract A method was established for the determination of platinum in lead samples by ICPAES after separated and enriched by vacuum distillation. Under the condition of vacuum， platinum and lead can be separated at high temperature because of their different vapor pressures. The enriched platinum was determined by ICPOES after dissovled， and also lead was recovered in vacuum. Theoretical feasibility of the vacuum distillation method and the influence factors such as temperature， time and pressure have been studied. The results indicated that content of platinum in residue is higher than 99.01% under the conditions of temperature of 1250 K， pressure of 30 Pa and time of 3 h. The detection limit (3σ) was 0.0069 mg/L with relative standard deviations of 1.7%. A wide linear range of 0.023－20 mg/L and the recovery of 99.8%－103.0% were obtained.

　　Keywords Vacuum distillation separation and enrichment; Inductive coupled plasma atomic emission spectrometry; Platinum; Lead

　　1 引 言

　　铂具有独特的物理性能及化学性质，广泛应用于现代科技及生产的各个领域。铂在地壳中的含量甚微，二次资源中的铂含量远比自然界岩石矿物中铂的含量高，具有很高的回收利用价值[1，2]。在二次资源中铂族金属回收研究工作中，需要测定提取铂后剩余物中铂的含量。电感耦合等离子体发射光谱法（ICPＡES）由于具有检出限低、精密度好、干扰水平低、线性范围宽等优点，已成为元素分析中的常用方法 [3～７]，样品涉及环境、化工、材料、生物、矿产等广泛领域。由于本实验的样品中主体是铅，而铂含量极低，需要通过有效的富集分离手段[８，９]纯化富集待测物和除去基体干扰才可直接测定样品中铂的含量。真空蒸馏法是在真空条件下，利用不同金属在同一温度下蒸汽压的差别对其进行分离，是一种简单高效、低能耗、清洁地分离富集贵金属的方法[１０～1２]。本实验利用Pb和Pt在同一温度下蒸汽压的较大差别进行真空分离，并系统研究了蒸馏温度、蒸馏时间和真空度对分离富集效果的影响，建立了ICPＡES测定铅试样中微量铂的方法。

　　2 实验部分

　　2.1 仪器与试剂

　　实验所用蒸馏装置如图1所示。主要设备包括自制真空电阻炉、真空泵、麦式真空表和TCW32B型智能化数显温控仪。

　　电感耦合等离子体发射光谱仪（美国Perkin Elmer公司），工作条件：功率为1300 W，雾化气流量0.80 L/min，辅助气流量0.20 L/min，Pt检测波长265.945 nm。

　　本实验的PbPt合金选用分析纯的金属Pb和纯度为99.95%金属Pt配制。

　　1.0 g/L铂标准贮备液：称取光谱纯金属铂0.1000 g，溶于王水中，加入0.2 g NaCl，于水浴上蒸干； 加3 mL HCl，反复蒸干两次；加入10 mL HCl和20 mL水，溶解后定容至100 mL。使用前逐级稀释成5 mg/L的标准工作溶液。实验用的各种试剂均为优级纯或分析纯，实验用水为二次蒸馏水。

　　2.2 实验方法

　　2.2.1 真空蒸馏分离PbPt合金

　　将10 g配制好的PbPt合金置于耐高温材料制成的坩埚中，放入真空蒸馏炉，抽真空，升至适当温度恒温一段时间，降温，收集冷凝器上的冷凝铅及坩锅中的蒸余物，称重并按以下公式计算Pb脱除率（ＲＰb）及蒸余物中Pt含量(CPt)。RPb（％）=１００×（m2－m1）／10ω１（１）
ＣＰt（％）=１００×10ω２／［１０－（m2－m1）］（２）式中， m1为蒸馏前冷凝器的质量（g）； m2为蒸馏后冷凝器的质量（g）； w1为样品中Pb的质量分数； w2为样品中Pt的质量分数。

　　2.2.2 样品的测定

　　称取10 g样品于耐高温材料制成的坩埚中，在最佳实验条件下进行真空蒸馏，降温冷却后将坩埚取出。直接向石英坩埚中加3～5 mL王水，在电热板上加热至坩埚中的金属小颗粒溶解，然后将溶液转移到50 mL烧杯中，在电热板上蒸发至小体积；以蒸馏水定容到25　mL，用ICPＡES测定Pt的含量，并计算回收率。

　　3 结果与讨论

　　3.1 真空蒸馏预富集原理

　　真空蒸馏分离PbPt试样是在真空条件下，利用Pb与Pt在相同温度下蒸汽压的差别进行分离。纯物质的蒸汽压与温度的关系可由式（３）表示：lgP=AT－１＋ＢlgT+CT+D(3)式中： Ｐ为纯物质的饱和蒸汽压， A， B， C和D为蒸发常数。

　　从相关手册[1３]查得Pb与Pt的蒸汽压参数，代入上式，分别得到Pb与Pt的蒸汽压(毫米汞柱)计算公式，然后根据这些公式，将蒸汽压单位转换为Pa，分别绘制Pb和Pt的lgＰT曲线， 如图2所示。

　　由图2可见，随着温度升高，Pb和Pt蒸汽压都增大；在相同温度下，Pb的饱和蒸汽压远高于Pt的饱和蒸汽压。在1100～1250 K之间，　　ＰPb/P*Pt约为1013，Pb比Pt更易蒸出。因此，在真空条件下，控制适当温度，Pb和Pt分离是可能的，Pb优先蒸发成气相，Pt残留在蒸余物中，达到分离提纯的目的。

　　3.2 蒸馏温度对分离效果的影响

　　控制真空度为30 Pa，将所配制的含10% Pt的PbPt合金，分别于1100， 1150， 1200和1250 K恒温蒸馏3 h，考察蒸馏温度对Pb脱除率及蒸余物中Pt含量的影响。

　　由图3可知，在1100～1150 K范围内，随温度升高，Pb脱除率明显增大；当温度高于1150 K后，Pb脱除率提高趋势变缓；蒸余物中Pt含量随温度升高而增大。综合考虑，为了得到较纯的金属Pt，蒸发温度选取1250 K较为合适。此时，Pb脱除率为99.9%，直接回收并得到纯金属Pb；同时，Pt含量也由原料中的10%富集至99.2%，分离提纯Pb及富集Pt的效果显著。

　　3.3 蒸馏时间对分离效果的影响

　　在1250 K，真空度为30 Pa的条件下，将所配制的含10% Pt的PbPt合金，分别蒸馏1.5， 2.0， 2.5， 3.0和4.0 h，考察蒸馏时间对Pb脱除率及蒸余物中Pt含量的影响，结果如图4所示。由图4可知，随着蒸馏时间的延长，Pb脱除率及蒸余物中Pt含量都增大；当蒸馏时间大于2.5 h后，二者上升的趋势都变缓。当时间延长至一定值，Pb已大量蒸发，熔体中剩余少量Pb; 再延长蒸馏时间， Pb脱除率变化不大。本实验选定蒸馏时间为3 h。

　　3.4 真空度对分离效果的影响

　　在1250 K时，Pb的临界压强接近30～100 Pa[1４]，本研究考察了此压强范围的蒸发过程。将所配制的含10% Pt的PbPt合金在1250 K下恒温蒸馏2.5 h，控制真空度分别为30， 50， 80和100 Pa，考察此范围内PbPt合金分离效果，所得结果如图5所示。由图5可见，随着压强降低，Pb脱除率略有增大，蒸余物中Pt含量显著上升。为得到含量较高的金属Pt，应选取尽可能高的真空度。本实验选定真空度为30 Pa。

　　3.5 原料中不同Pt含量的蒸馏分离效果

　　将10 g PbPt合金于1250 K，30 Pa下恒温蒸馏3 h，合金中Pt含量分别为1%， 2.5%， 5%， 7.5%和10%，考察不同含量原料的蒸馏分离效果。如表1所示，随着原料中Pt含量的增大，Pb脱除率变化不大，均大于99.9%。各种原料的蒸余物中Pt含量有微小波动，都可富集得到99%以上的金属Pt。表1 原料含量对分离效果的影响（略）

　　3.6 共存元素的影响

　　样品的主要成分是Pb，含微量Pt。可能含有的杂质元素有Zn， Cu， Al， Ni， Pd。在10 g样品（含50 μg Pt）中，加入Zn（1000 μg）， Pb（10 mg）， Cu（20 μg）， Al（20 μg）， Ni（20 μg）和Pd（20 μg）， 按2.2节的步骤进行了富集和检测，考察共存离子的影响。结果表明，以上物质对Pt富集后的光谱检测无干扰，Pt的回收率为98.5%。

　　3.7 方法的线性范围、检出限及精密度

　　按最佳实验条件进行操作，Pt在0.023～20 mg/L范围内呈线性关系，回归方程为y=4435x+15.3（y为谱线强度， x为铂含量），相关系数为0.9998。连续进空白溶液10次，计算标准偏差σ=0.0023，以标准偏差的3倍值为仪器对该元素的检出限，确定方法检出限为6.9 μg/L。同一份样品重复进样测定6次，测得样品平均值为0.55 mg/L； RSD值为1.7%，说明本方法精确度良好。

　　3.8 分析应用

　　称取10 g样品，分别加入Pt标准溶液，进行不同浓度水平下的标准加入回收实验，回收率为99.8%～103.0%，结果见表2，表明本方法准确度高。表2 不同浓度水平下的铂回收率（略）

参考文献

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