元素分析前處理不完全的可能原因

重金屬分析前處理─樣品消化不完全的幾個常見原因

作者利泓科技技術專員 張智倫
日期2022-03-14

重金屬的元素分析通常分為前處理及後端分析兩個實驗步驟,而前處理的目的不外乎想得到均勻液體、完好回收率、無汙染及降低基質干擾的結果,讓我們在上機分析前時能得到準確又訊號穩定的數據。

當我們消化完後的樣品有固體沉澱、呈現混濁時,就會無法上機分析,或者分析出不準確也不穩定的數據,但大多情況下都難以判明固體殘留的原因,這邊提供幾個常見的原因給大家思考,讓我們一步步排除問題吧!!

可能的原因一:消化溫度夠高嗎?

如果是加熱板加熱消化,消化溫度最高只能到達一大氣壓的沸點溫度,但其實會有非常多的基質種類是無法有效分解的。

舉例來說,一般天然動植物最適合的消化分解的溫度約為150~200°C,而像藥物或高分子有機材料的分解溫度甚至需要高達240°C,這些都是開放空間加熱無法到達的溫度,通常會用密閉式耐高壓瓶組來進行消化,具密閉的空間才能有效升高壓力,進而使消化試劑有更高的沸點來提高消化溫度。

可能的原因二:使用的消化試劑正確嗎?

有機類:

通常為了有效分解有機物質,主要會使用濃硝酸(65~69%)進行消化,是為了要充分分解碳氫鍵:

(CH2)x + HNO3 -> CO2(g) + NOx(g) + H2O

消化過程中會產生大量的二氧化碳和氮氧化氣體(紅棕色),或者會添加少量濃硫酸(98%)或過氧化氫(30%),而硫酸能使樣品碳化,使結構更為脆弱,來讓硝酸更輕易地進行消化反應。

無機類:

無機樣品類別非常廣泛,通常會使用濃鹽酸(35~37%)來進行消化,會與硝酸配置成王水(3:1)或逆王水(1:3),或者依樣品特性添加氫氟酸(48%)或磷酸(85~87%)等混酸,來改善其消化分解的能力。

可能的原因三:消化的時間夠嗎?

以微波消化來說,200°C大約15~20分鐘即可消化大約0.5 g的天然動植物有機樣品,但其實很多無機樣品或者人工合成的無機材料,常常需要更長的時間進行消化,需要30分種以上甚至1小時。

可能的原因四:樣品中是否含不少的Si或Ti氧化物?

樣品中若含有一定比例的Si或Ti氧化物,在消化完後會發現很明顯的白色固體沉澱,必須添加少量的氫氟酸(48%)才可有效分解,若沒有添加氫氟酸,消化溫度再高也無法有效分解Si和Ti的氧化物。

可能的原因五:CaF2 或者 MgF2 生成了?

氟化鈣和氟化鎂是常見的白色固體,難分解且非常穩定,通常消化完後會生成氟化鈣和氟化鎂,是因為添加的氫氟酸與樣品中Ca離子和Mg離子所產生的,但煩惱的是又必須添加氫氟酸來分解Ti或Si等氧化物。

這邊建議或遇到類似的狀況,可以在添加氫氟酸時,同時添加硼酸(99%)來遏止氟化物白色固體的產生,硼酸在液體中會抓取氟離子生成HBF4,又同時能分解Ti或Si氧化物。

可能的原因六:PbSO4 生成了?

若樣品中含有鉛,又使用純硫酸進行消化時,就會容易生成PbSO4白色沉澱物,會建議改變消化試劑的條件,可多添加硝酸至一定比例來進行消化反應,使生成的硫酸鉛會與試劑中的硝酸反應而分解掉,有效地排除白色沉澱的問題。

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