Nguyên tắc và cơ sở cho phương pháp chuẩn bị mẫu của máy quang phổ XRF

Xử lý mẫu là một phần quan trọng của toàn bộ quá trình phân tích và thử nghiệm. Mục đích của nó là sử dụng các phương pháp hóa học khác nhau để chuyển định lượng nguyên tố thử nghiệm từ mẫu trạng thái rắn (chất lỏng) vào dung dịch thử nghiệm dưới dạng ion. Chọn một phương pháp phân hủy mẫu hợp lý có thể đơn giản hóa rất nhiều quy trình phân tích và cải thiện đáng kể khả năng thích ứng và độ chính xác của phương pháp phân tích.

Các nguyên tắc thiết kế xử lý mẫu tối ưu là:

(1) Đảm bảo rằng tất cả các yếu tố đo được trong mẫu được chuyển vào dung dịch thử nghiệm một cách định lượng, nghĩa là mẫu phải được phân hủy hoàn toàn;

(2) Tránh giới thiệu các yếu tố can thiệp trong quá trình xử lý mẫu, đồng thời giúp loại bỏ các yếu tố can thiệp;

(3) Phương pháp phân hủy phải đơn giản nhất có thể, dễ vận hành, tiết kiệm, nhanh chóng và an toàn và giảm thiểu ô nhiễm môi trường;

(4) Thuận tiện để xử lý mẫu theo lô.

Để thiết kế một phương pháp xử lý mẫu đáp ứng các điều kiện này, bạn phải có sự hiểu biết sâu sắc về:

a) Tính chất vật lý, hóa học của nguyên tố đo được và hợp chất của nguyên tố đo được;

b) Phạm vi hàm lượng và hình thức xuất hiện của phần tử đo được trong mẫu;

c) Thành phần, tính chất của ma trận mẫu;

d) Phương pháp, kỹ thuật thử nghiệm cuối cùng được sử dụng.

Lấy các phương pháp xử lý khác nhau của các mẫu được sử dụng trong việc xác định As, Se và Hg trong và ngoài nước làm ví dụ

Để xác định As, Se và Hg trong các mẫu khác nhau trong và ngoài nước, các phương pháp xử lý mẫu được sử dụng được chia thành ba loại:

1) Phân hủy axit ướt / kiềm;

2) Phương pháp đốt cháy hệ thống khép kín (phương pháp đốt bom oxy);

3) Phương pháp thiêu kết (bán nóng chảy).

Trong quá trình phát hiện định tính và định lượng các nguyên tố vi lượng trong than đá, tiền xử lý mẫu thường quan trọng hơn chính công nghệ phát hiện. Đặc biệt đối với các kỹ thuật quang phổ nguyên tử khác nhau, thường cần phải tiêm mẫu chất lỏng hoặc tiêm chất lỏng để đạt được độ chính xác cao. Để đảm bảo độ chính xác của việc phát hiện, cần tránh mất nguyên tố dễ bay hơi hoặc dạng hợp chất của nguyên tố được phát hiện trong khi hòa tan hoàn toàn mẫu than với thành phần phức tạp. Hiện nay, có một số phương pháp trong và ngoài nước:

(1) Hòa tan trực tiếp trong chén đựng thức ăn kín.

Trong phương pháp này, một thùng chứa kín được sử dụng để phân hủy trực tiếp mẫu bằng axit hỗn hợp, và mẫu được làm nóng và tiêu hóa trong lò vi sóng. Nó có ưu điểm là khối lượng mẫu nhỏ, hiệu quả hòa tan cao, hoạt động đơn giản, an toàn, dễ dàng kiểm soát và tránh biến động; nhưng phương pháp phân hủy trực tiếp chắc chắn có nhược điểm của sự phân hủy không đầy đủ. Phương pháp này thường được sử dụng để phát hiện các nguyên tố vi lượng trong tro than hoặc mẫu chiết xuất than sau khi đốt.

(2) Phương pháp ashing nhiệt độ thấp.

Mẫu được phát ra ở khoảng 150 ° C bằng công nghệ plasma, và sau đó phân hủy với axit hỗn hợp trong một thùng chứa polytetrafluoroethylene. Phương pháp này hiện được công nhận là một công nghệ tiền xử lý tốt hơn, nhưng nó cũng có những nhược điểm như chi phí vận hành thiết bị cao và tốn thời gian dài.

Phân hủy axit ướt

Để xác định các mẫu địa chất, hệ thống HNO3-HF-HClO4 thường được sử dụng để hòa tan axit. Khi mẫu bị phân hủy bởi phương pháp này, nếu cường độ sưởi ấm cao hơn một chút và sự bay hơi quá khô, một phần của Se trong mẫu sẽ bị mất do bay hơi. Lý do có thể là Se (ClO4)2 được tạo ra bởi sự phân hủy axit của mẫu có thể bị phân hủy thành HCl và SeO2, và hai hợp chất này có thể phản ứng để tạo thành SeCl2 có thể được thăng hoa ở nhiệt độ thấp hơn. Theo thông tin, khi mẫu được xử lý, nó bay hơi đến khô và Se trong mẫu có thể mất khoảng 40%. Do đó, để phân hủy mẫu bằng phương pháp này, nhiệt độ và thời gian sưởi ấm phải được kiểm soát cẩn thận, và nên dừng sưởi ấm khi 1 đến 2 mL dung dịch trong suốt được hấp. Ngoài ra còn có việc sử dụng hòa tan axit hệ thống HNO3-H2SO4 và phân hủy hệ thống HNO3-HClO4. Các quy trình hoạt động phân hủy ướt rất phức tạp, và sương mù axit bay hơi vào khí quyển, không tốt cho bảo vệ môi trường. Ngoài ra, đối với than đá, sự phân hủy axit là bất tiện do một lượng lớn các chất hữu cơ có trong than.

Đốt bom oxy

Trong phương pháp này, mẫu than được đặt trong hộp mực bằng thép không gỉ chứa đầy oxy siêu thanh, và mẫu than được đốt cháy bằng điện. Chất hữu cơ trong than được đốt cháy hoàn toàn, và các khoáng chất vô cơ cũng bị oxy hóa và phân hủy. Nguyên tố Se trong than được chuyển đổi thành oxit. Nó được hòa tan trong chất lỏng hấp thụ (nước hoặc kiềm loãng) trong hộp mực ở dạng khí. Một số phòng thí nghiệm nước ngoài sử dụng phương pháp này để đo Se trong than đá. Ưu điểm là quá trình xử lý mẫu không giới thiệu các thuốc thử khác ngoại trừ oxy, làm giảm cơ hội giới thiệu các yếu tố can thiệp. Nhược điểm là than tro cao có thể bị phân hủy hoàn toàn (không bị đốt cháy hoàn toàn), có thể dẫn đến kết quả phân tích thấp; hoạt động rắc rối hơn, và hiệu quả xử lý mẫu thấp; nó không có lợi cho sự phân hủy hàng loạt của các mẫu.

Phương pháp thiêu kết (bán nóng chảy)

Phương pháp này sử dụng Aldrin và mẫu để trộn đều, đun nóng và đốt cháy, để As và Se trong than bị oxy hóa thành oxit, sau đó phản ứng với Na2CO3 và MgO để tạo thành asen và selenate. Sau đó hòa tan vật liệu bị đốt cháy với HCl, và chuyển As và Se vào dung dịch dưới dạng ion. Lấy than làm ví dụ, phương trình phản ứng là:

Ưu điểm của phương pháp này là dễ vận hành và dễ dàng xử lý và phân hủy mẫu theo lô. Miễn là các điều kiện đốt được kiểm soát chính xác, các yếu tố đo được có thể được chuyển đổi định lượng. Xem xét rằng trong các tiêu chuẩn phân tích hiện tại cho các yếu tố khác trong than đá, có nhiều phương pháp sử dụng bán tan chảy aldrin để phân hủy các mẫu than, dễ dàng cho các nhà phân tích chấp nhận và có hiệu quả công việc cao; tiêu chuẩn quốc gia và tiêu chuẩn Mỹ cũng sử dụng phương pháp bán tan chảy aldrin để xử lý mẫu. Thông qua việc so sánh các phương pháp điều trị khác nhau, thí nghiệm này sử dụng phương pháp bán nóng chảy để điều trị các mẫu.

Để chuyển phần tử đo được từ mẫu bị đốt cháy vào dung dịch, chất bị đốt cháy phải được hòa tan với một axit phù hợp. Để kết thúc này, các thí nghiệm nên được tiến hành trên loại axit và phương pháp thêm axit.

Các loại axit

Việc sử dụng các axit khác nhau để xử lý các mẫu có tác động đến kết quả, vì vậy thí nghiệm đã điều tra sự hòa tan của HCl, H2SO4 và HNO3 trong điều trị bỏng và ảnh hưởng của chúng đến việc xác định.

H2SO4: Thử nghiệm cho thấy việc sử dụng H2SO4 để hòa tan chất cháy sẽ gây ra lượng mưa CaSO4. Ngoài ra, H2SO4 chứa As và Se cao, khiến khoảng trống quá cao. Nếu nó bị xóa trước, nó sẽ làm tăng khối lượng công việc thử nghiệm. Do đó, không phù hợp để chọn H2SO4 làm axit hòa tan. .

HNO3: Thử nghiệm cho thấy khi HNO3 hòa tan mẫu, tín hiệu hấp thụ nguyên tử thấp hơn so với môi trường HCl. Lý do có thể là HNO3 hoạt động như một chất oxy hóa và phản ứng với các chất khử trong mẫu để tạo thành axit nitrous, và NO2- có tác dụng ức chế sự hình thành Se hydride. Một số phòng thí nghiệm nước ngoài sử dụng HNO3 làm phương tiện để xác định sự hấp thụ nguyên tử tạo se hydroxit, với chi phí giảm độ nhạy, để đổi lấy sự ổn định tốt hơn.

HCl: Việc sử dụng HCl để hòa tan chất cháy là một phương pháp được sử dụng rộng rãi trong và ngoài nước. Hầu hết các clorua là muối hòa tan dễ dàng. HCl có đặc tính giảm. Nó là một chất khử làm giảm Se6 + đến Se4 +. Nội dung của As và Se trong HCl là nhỏ, và trống thuốc thử thấp, có lợi cho việc xác định. Phương pháp này sử dụng HCl để hòa tan vật liệu bị cháy.