微波消化技術搭配不同試劑進行空氣微粒樣品前處理

2003-12-01

微波消化技術搭配不同試劑進行空氣微粒樣品前處理

本研究以微波消化技術對空氣微粒樣品做前處理,並討論不同試劑之搭配及消化條件之選擇對於20種微量元素(Mg、Al、K、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Ni、Co、Cu、Zn、As、Rb、Cd、Cs、Ba、La、Pb、以及U)分析結果之影響。使用樣品為SRM1648,以密閉式鐵氟龍瓶加進硝酸、硼酸、氟化鈉、過氧化氫來進行酸消化,再以ICP-MS進行微量元素分析。在分析Al、K、Ti、Rb時,與單獨使用硝酸相比,使用硝酸、硼酸、氟化鈉、過氧化氫能夠將矽化物消化完全而可得到更好的回收率,但此方法並不適合用在Cr的測定上。另外也使用ICP-MS及XRF檢測Houston TX氣凝膠空氣樣品來比較這兩種分析儀器之差異。ICP-MS測得之Al、Mg、Ni、Co及Ti濃度較高,但La的測量則是XRF較高。

密閉式微波消化系統進行空氣微粒樣品前處理

微波消化器選用CEM MARS 5搭配 HP-500plus密閉式反應瓶(見圖1)。樣品克數: 10mg。硝酸濃度: 14.2M。氟化鈉濃度: 0.93M。硼酸濃度: 0.52M。過氧化氫濃度: 30%。消化方式分為4種,詳見表1,消化完畢後取消化液4.46ml並以超純水稀釋至60ml,再進行ICP-MS分析 。

圖1:HP 500+反應瓶及其拆解圖
表1. 四種消化條件

空氣微粒樣品經微波消化後之分析結果

空氣微粒標準品SRM1648之消化方式及ICP分析結果

分析結果已列於表 2,Al、K、Ti、Rb、La在只有硝酸以及過氧化氫時,回收率不到75%,一旦加入氟化鈉回收率便提高至92-112%。但Cr之回收率在method 1、2、3只有44-50%,使用持溫達60分鐘的method 4則可提升到75%,這與Cr本身的性質有關(Wu et al., 1996),可能必須使用Alkaline fusion方能溶解Cr(Yamashige et al., 1989)。 同樣在200°C/200PSI,針對僅放入硝酸與過氧化氫的method 1及放入硝酸與氟化鈉/硼酸與過氧化氫的method 2,可看出Cs、U、Ni、Co、Mg、V、Fe、Cu、Pb、Mn、Zn、Ba、Cd、As這14個元素於method 1可得到90-117%的回收率,但Al、K、Ti、Rb、La的回收率只有不到80%,而使用放入硝酸與氟化鈉/硼酸與過氧化氫的method 2後則可得到92%以上之回收率,推測因為這些元素會和空氣中的矽化物結合,導致使用沒有氟化鈉的method 1回收率較差。

Houston TX氣凝膠空氣微粒樣品之ICP-MS&XRF結果

根據SRM1648之消化分析結果,選用回收率佳之method 2進行Houston TX氣凝膠空氣微粒樣品前處理。以ICP-MS及XRF進行樣品分析並比較分析結果。U無法以XRF進行分析,ICP-MS則可。而Se及Ba皆低於偵測極限。XRF測量Co得到的結果皆低於其偵測極限(0.56ng/m3),但ICP-MS則可測得(偵測極限為0.22ng/m3)。 As、V、Mo、Mn、Rb、Pb、Cu、K、Ni、Ti、La、Fe、Al、Mg在這兩種儀器皆高於其偵測極限故可以做分析數據比較。僅管Mo於先前的SRM1648測試中並無討論,但ICP-MS測量Mo亦能有極佳的表現。圖 2為這些元素以ICP-MS以及XRF分析的回收率比較,並運用Coefficient of Divergence(CD)發散係數來討論。As、Rb、Mo、Pb、Mn、Cu、V、K、Fe在這兩種分析儀器上得到的結果都相當好,但Al、Mg、Ni、Ti以ICP-MS則會得到比XRF更高的濃度。La則是XRF得到的濃度會優於ICP-MS。

表2.  四種消化條件之ICP-MS分析結果
圖2.  ICP-MS與XRF分析結果比較

微波消化法搭配不同試劑可有效地進行空氣微粒樣品前處理

以氟化鈉取代氫氟酸,混合硝酸加入密閉式鐵氟龍管進行空氣微粒樣品微波消化。消化空氣微粒標準品SRM1648時,使用硝酸+氟化鈉&硼酸+過氧化氫可以對Cr以外的其他元素得到90-117%的回收率。選用硝酸+氟化鈉&硼酸+過氧化氫,200°C/ 200PSI/ 20分鐘持溫對Houston TX氣凝膠空氣微粒樣品進行消化,消化後再以ICP-MS及XRF進行分析,在As、Rb、Mo、Pb、Mn、Cu、V、K、Fe皆能得到良好的分析結果,但在Al、Mg、Ni、Ti,ICP-MS則會得到比XRF更高的濃度,La則是XRF得到的濃度會優於ICP-MS,亦證明此方法對於含氣凝膠之空氣樣品有良好之消化功能。

欲了解更多的儀器資訊與實驗細節,歡迎來電洽詢 02-2728-2767或 來信與我們聯繫

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參考文獻

  • In Situ Generation of Hydrofluoric Acid during Microwave Digestion of Atmospheric Particulate Matter Prior to Trace Element Analysis Using Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry.(RD-165) – Shankararaman Chellam、Pranav Kulkarni、Ganesh Ghurye、Matthew P. Fraser ENVIRONMENTAL ENGINEERING SCIENCE Volume 20, Number 6, 2003