灰化中催化劑對(duì)化學(xué)元素的影響

     灰化是使固體廢物燃燒而轉(zhuǎn)變?yōu)槎趸?、水和灰的過(guò)程。是處理固體廢物的一種方法。

      在許多情況下，灰化前將試樣和某些添加劑(所謂“灰化助劑”) 相混合則干灰化法更為有效。這些灰化助劑起著如下若干作用：(a)加速氧化作用；(b)防止一些組分揮發(fā) (c)防止灰分組分與坩堝材料反應(yīng)。 最常用的添加劑是如硝酸或硝酸鹽等氧化劑。后者是以濃的水溶液形式加入的[在以硝酸鎂促使脂肪性物質(zhì)氧化時(shí)，加入硝酸鎂的甲 醇或乙醇溶液]。在移入馬弗爐灰化之前，將試樣干燥。加入硝酸鹽不僅促使氧化作用，而且能達(dá)到使灰分松散的目的。同樣，硝酸可以在灰化開始時(shí)加入，但是，更常用的是不是用酸處理部分灰化的試樣以便更快地除去炭化物質(zhì)。若要測(cè)定生物試樣中 的錫，則不可加入硝酸，因?yàn)樯傻腻a酸(水合二氧化錫)傾向于與石英坩堝反應(yīng)。加入硫酸在某種程度上可避免由揮發(fā)引起的損失。以此法,較易揮發(fā)的氯化物，諸如氯化鉛、氯化鎘和氯化鈉，被轉(zhuǎn)化為沸點(diǎn)較高的硫酸鹽,釩—卟啉化合物等揮發(fā)性有機(jī)金屬絡(luò)合物也被破壞。另一方面，加入堿能防止氯化物、砷、磷和硼等陰離子的損失。常用的堿是堿土金屬的氧化物或氫氧化物、堿金屬碳酸鹽、乙酸鎂 、堿土金屬硝酸鹽，它們加熱時(shí)分解為氧化物。 這些灰化助劑還起著另一種有用的作用，即灰分的體積比不加助 劑時(shí)要大得多，因而灰分中持測(cè)元素大為“稀釋”，這樣就可能減少與坩堝壁的接觸，并且減少因和坩堝材料反應(yīng)引起的損失。應(yīng)用灰化 助劑對(duì)灰分的組分同樣產(chǎn)生有利的影響。有人推薦坩堝襯以濾紙，然后將試樣炭化，殘?jiān)寐然V溶液浸漬，并在600度下灰化。若存在磷酸鹽，在此條件下它與鎂生成三元磷酸鹽，后者形成能與坩堝反應(yīng)的玻璃狀熔融物的傾向遠(yuǎn)小于由酸性殘?jiān)a(chǎn)生的簡(jiǎn)單偏磷酸鹽。也有人建議在脂肪試樣中加入粉末狀纖維素，這樣，整個(gè)試樣將平穩(wěn)燃燒，而不致產(chǎn)生過(guò)高的溫度。下面格根據(jù)新近的一些研究結(jié)果，總結(jié)在灰化過(guò)程中許多元素的特性．

      砷(As) 在沒有添加劑存在下灰化有機(jī)物質(zhì)時(shí)，即使溫度低至400℃砷也部分失去。已報(bào)道甚至在100℃下干燥血液試樣，砷也會(huì)損失。加入灰化助劑可排除砷損失的可能性。最常用的灰化助劑是氧化鎂或硝酸鎂或二者同時(shí)使用。碳酸鉀-氧化鎂(3：1) 和碳酸鈉也可用。硫酸不起作用。推薦的步驟差別甚大，有時(shí)只加入氧化鎂，例如每克試樣用1克 氧化鎂和2—3毫升氫氧化鈣溶液，有時(shí)則加入六水合硝酸鎂，硝酸鎂須過(guò)量較多(每克試樣用4克)。不過(guò)往往同時(shí)加入這兩種化合物，每種各0.1~0.3g,氧化鎂以固體而硝酸鎂以溶液形式加入。為了得到較為疏松的混合物，常常摻入纖維素粉。有機(jī)砷化合物應(yīng)以硝酸和溴酸鉀處理加熱不超過(guò)300℃。 灰化開始時(shí)溫度應(yīng)緩慢升高。坩堝先移入馬弗爐中，然后再將爐子升溫。

      灰化溫度通常為500一600℃，也有達(dá)到680℃，甚至900℃。 建議使用瓷或石英容器，但玻漓容器也可用。已知二氧化硅在較高溫度下(850℃，16小時(shí))會(huì)與Na3AsO3反應(yīng)?；曳钟?：1鹽酸或稀硫酸浸取。有人則加入濃鹽酸和還原劑以釋出As2O3后借蒸餾法分離。即使應(yīng)用灰化助劑，砷的損失也會(huì)發(fā)生。這種情況似乎由于加入助劑的量不夠、灰化前混合不充分、或者升溫太快等原因所致。因?yàn)樯镌嚇又械纳楹芸赡芤該]發(fā)性有機(jī)砷化合物的形式存在，所以建議將灰化助劑與濕試樣混合，并取單獨(dú)一份試樣測(cè)定干重量。

      鉍(Bi) 試樣應(yīng)在鉑或瓷器皿中于450一550℃下灰化，如需要可加入硫酸。在這些條件下，部分鉍可能失去。對(duì)礦物油試樣灰化前應(yīng)加入磺酸鉀或磺酸鎂。灰分用濃鹽酸或硝酸浸出。硅酸應(yīng)以HF-H2O和硫酸加熱除去。

      鎘(Cd) 溫度高于400℃時(shí)氯化鎘極易揮發(fā)在500℃．僅需1小時(shí)就有44％鎘失去。另一方面，硝酸鎘和硫酸鎘即使溫度高達(dá)500℃也是穩(wěn)定的。硫酸鎘試樣于600℃加熱1小時(shí)約損失4％。植物物質(zhì)不加 助刑在450℃下灰化將失去鎘。對(duì)與灰化助劉硝酸或硝酸鎂一起加熱的有機(jī)試樣(可可)，或與磷酸氫二鈉一起加熱的生物物質(zhì)，也有過(guò)因揮發(fā)作用導(dǎo)致鎘大量失去的報(bào)道。 盡管有這些不能令人滿意的結(jié)果，含鎘試樣仍用于灰化法處理：如酒類不加助劑，在450℃灰化；涂料加碳酸鈉在450℃；生物物質(zhì)與硫酸在550℃，或與硫酸和硝酸鎂在550℃；礦物袖與硫酸在550℃或與磺酸鉀或磺酸鎂在650℃；煤不加助劑在850℃下灰化?；一瘯r(shí)可以使用石英坩堝或鉑坩堝，后者似乎較好?；曳挚扇苡谙∷?。

      鍺(Ge) 在高于600℃下干灰化有機(jī)物質(zhì)時(shí)，已觀察到鍺的損失，不過(guò)，有人在550—600℃或560℃灰化后測(cè)定煤中的鍺。加熱升溫速度不應(yīng)超過(guò)每分鐘3—5℃。因?yàn)殒N的揮發(fā)可能由于四氯化鍺的揮發(fā)性，所以，試樣的氯含量與鍺揮發(fā)性之間有一定的關(guān)系，而且似乎需要堿性灰化助劑，例如在700一1000℃下灰化需要?dú)溲趸c[對(duì)煤和飄塵，每克煤需4克氫氧化鈉]、碳酸鈉[每0.5克試樣需2克碳酸鈉]或氧化鈣—硝酸鈣[每克煤需0.5克氧化鈣和6毫升飽和硝酸鈣溶液?；一瘯r(shí)用鉑坩堝或瓷坩堝，灰分溶于酸中。

      汞(Hg) 在各種條件下干灰化，汞即使不完全揮發(fā)，也在很大程度上失去。

      銻(Sb) 對(duì)以放射性同位素銻標(biāo)記并在溫度范圍400一900度灰化的血液試樣，銻的損失變化很大，但常常大量失去。椰子在550℃下加灰化助劑或者加入硫酸或硝酸鎂灰化時(shí)，只有極少量的銻失去，加入硝酸，則有約8％銻損失。若試樣在600℃并有氯化銨存在時(shí)灰化，幾乎所有的銻都失去，加入氯化鈉，不會(huì)引起任何損失，但和坩堝起反應(yīng)。 銻似乎不從堿性介質(zhì)揮發(fā)。進(jìn)行元素分析的有機(jī)物質(zhì)應(yīng)與足量的 氧化鎂(保證試樣呈堿性)和一定量的硝酸鎂混合并在石英容器中灰化。礦物油產(chǎn)品的分析是在 550℃并加有硫酸和磺酸鎂的條件下灰化。

      硒(Se) 硒或者在很大程度上或者完全從進(jìn)行干灰化的試樣中失去,甚至有關(guān)于試樣在100℃干燥便失去曬的記載.

      錫(Sn) 干灰化法很少用于測(cè)定有機(jī)物質(zhì)中的錫，因?yàn)槌鏊穆然a的揮發(fā) 性或二氧化錫和坩堝之間反應(yīng)引起的誤差多半較大。不過(guò)，仍有一些 方法適用在450—500℃或500—600℃灰化生物物質(zhì)。硝酸不應(yīng)加入，灰分不許熔融。脂肪應(yīng)以硝酸鎂乙醇溶液處理并且小心炭化,繼將殘余物在450℃和石英皿中灰化。礦物油可與磺酸鎂在650℃下灰化。 錫的灰化可用鉑坩堝、瓷釉未破損的瓷坩堝以及石英坩堝?；曳秩苡诹蛩?、硫酸—硝酸或6M鹽酸,建議以氫氧化鉀或氫氧化鈉—炭熔融。對(duì)果汁的灰化，據(jù)報(bào)道則存在一些困難.

      碲（Te） 有機(jī)材料在沒有灰化助劑情況400一600℃溫度下灰化，大部分碲將失去。灰化前同時(shí)加入氧化鎂和硝酸鎂可避免碲的損失。

      鋅(Zn) 干灰化期間，在較低溫度下，由于氯化鋅的揮發(fā)性，或由于與二氧化硅與硅酸鹽反應(yīng)而失去鋅。不過(guò)有關(guān)鋅損失的說(shuō)法并不完全一致。以放射性同位素65Zn標(biāo)記的軟體動(dòng)物軟組織進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)表明：在干燥時(shí)鋅失去9％，而在450一600℃灰化時(shí)，損失約25％。與此類似對(duì)在450℃灰化的食品試樣，已知損失約20％鋅。然而，含鋅的血液試樣，在500℃灰化也不致失去鋅，溫度升至70 0℃，損失約30％。毛發(fā)試樣在高達(dá)900℃灰化沒有鋅揮發(fā)。鋅的揮發(fā)性在很大程度下取決于存在的陰離子；氯化物甚至在400℃也很容易揮發(fā)，硝酸鹽和硫酸鹽可分別加熱至500~600℃。據(jù)說(shuō)硝酸鹽在鉑器皿個(gè)加熱至700℃后能完全回收，但是假如硝酸鹽和氯化銨、氯化鎂或氯化鈣一起加熱，則損失十分嚴(yán)重。 顯然，允許的灰化溫度在很大的程度上取決于試樣的性質(zhì)。許多方法要求450—506℃而另外一些方法要求550℃或甚至850℃。 碳酸鈣(適于500℃以下) 、硫酸(在550℃)，硫酸和硝酸鎂(在850℃)或磷酸二氫鈣(在900℃)等灰化助劑能防止鋅的損失。對(duì)脂肪和脂油，建議加入硝酸鎂的乙醇溶液。 正確地選擇坩堝十分重要，對(duì)溫度550℃以下，盡管出于與瓷釉反應(yīng)可能引起鋅損失，但常常采用瓷坩堝。石英坩堝在溫度500—550℃或600℃開始與鋅化合物反應(yīng)。若氯化物存在，鋅好象特別容易與二氧化硅反應(yīng)生成硅酸鋅?？傊?，鉑坩堝似乎比較適用。尤其是因?yàn)榇?、石英、玻璃器皿都能析出含鋅污染物。 灰分一般溶于較濃的鹽酸或硝酸也有將灰分在濃硫酸浸漬一定 時(shí)間后再以水稀釋。大量的硅酸能明顯吸留鋅。必須以 HF-H2O處理除去，或者借氫氧化鈉熔融使灰分溶解。

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