1 适用范围
本规范适用于摩托车用金属载体催化转化器贵金属中铂、钯、铑含量的检测及结果判定。
ICP-OES/AES 方法分析Pt、Pd、Rh元素的检出限为5μg/mL,测定下限为20μg/mL;ICP-MS 方法分析Pt、Pd、Rh 元素的检出限为0. 005μg/mL,测定下限为0.02μg/mL;AAS 方法分析Pt、Pd、Rh元素的检出限为20μg/mL,测定下限为100μg/mL。
2 方法原理
催化转化器中铂(Pt)、钯(Pd)、铑(Rh)含量的测定方法主要包含两部分:试液制备和试液分析。其中,试液制备采用将样品芯材全部溶解方法,即通过酸溶-碱溶-酸溶,使芯材全部溶解后,取部分样品Te共沉淀富集,再将贵金属沉淀物酸溶后,采用原子吸收光谱仪(AAS)或电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-OES/AES)或电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)进行分析,测定试液中铂(Pt)、钯(Pd)、铑(Rh)的含量。
3 试剂与仪器
1、Pt、Pd、Rh 标准溶液(浓度:1000μg/mL)
2、浓盐酸(AR):(ρ1.19 g/mL)
3、浓硝酸(AR):(ρ1.42 g/mL)
4、HBF4(AR)
5、过氧化钠(AR)
6、氯化亚锡(AR)
7、氧化镧(99.99%)
8、20%的氯化镧溶液:132.84g的氧化镧溶入300mL的浓盐酸中用水稀释到1000mL
9、TeO2(99.99%)
10、氯化碲溶液:1.25g TeO2溶入90mL浓盐酸用水稀释到100mL
11、氯化亚锡溶液:28g氯化亚锡溶80mL浓盐酸用水稀释到100mL
12、王水(盐酸体积:硝酸体积=1:1)
13、真空抽滤装置(抽滤瓶、溶剂过滤器、漏斗、真空泵)
14、加热板
15、马弗炉
16、分析天平:精度0.1mg
17、氢还原管式电炉
18、超声波清洗机
19、干燥箱
20、火焰原子吸收光谱仪
21、ICP-OES/AES
22、ICP-MS
4 样品准备
试样制备过程中应防止样品交叉污染。
4.1取样
切割排气消声器将催化转化器取出,注意不得破坏催化转化器外观完整性。用砂纸或砂轮将催化转化器外壳打磨干净。
4.2测量内芯体积
4.2.1形状规则的样品,在不同位置点,使用游标卡尺分别测量各尺寸参数3 次(单位:mm),取得平均值。计算得出载体体积,数值按GB/T 8170 中的规定修约至四位有效数字。
4.2.2形状不规则的样品,采用投影法测量计算内芯体积,对于中空式内芯等,按照企业提供图纸计算内芯体积。
4.3初步判定
催化转化器贵金属含量的初步判定方法见附录A,本条款内容为非强制性,为选作内容,各检测机构可根据自身需求选择开展。
5 制样
5.1 酸溶解
5.1.1将样品放入2000mL烧杯中 在常温下分数次加入1:1的盐酸(盐酸体积:水体积=1:1)直到内芯被完全溶解。
5.1.2将溶解后剩余的外筒取出,放入超声波清洗机中清洗,清洗下的溶液与原溶液混合,记为溶液A(如果溶液体积过大,可加热浓缩至1000mL)。
5.1.3用抽滤装置(中性中速滤纸)过滤溶液A,将不溶物用蒸馏水洗涤3次,滤液和洗涤液记为滤液B。
5.2碱溶解
5.2.1将高铝坩埚恒重后,称重,记重量为W1。将滤纸放入高铝坩埚内,将高铝坩埚放入干燥箱,在120℃下进行烘干。烘干后将高铝坩埚放入马弗炉,在300℃下对滤纸进行30分钟碳化,然后升温到700℃保温1小时后冷却。
5.2.2称重灼烧后的粉末与高铝坩埚,记重量为W2,加入4倍粉末重量(W2-W1)的过氧化钠于高铝坩埚内,混合均匀。再在表面覆盖一层过氧化钠。将高铝坩埚放入马弗炉,升温到770℃保温0.5小时。然后关闭马弗炉,稍冷后取出高铝坩埚。
5.2.3将高铝坩埚放入1000mL烧杯中,加入100mL水,放在电热板上加热溶解。
5.2.4将烧杯从加热板上取下,稍冷,缓慢加入过氧化钠量10倍的浓盐酸,重新放入电炉上加热沸腾,将高铝坩埚从烧杯中取出,用蒸馏水冲洗高铝坩埚。此溶液为C。将溶液C与溶液B合并,并加适量浓盐酸调整溶液酸度到1.5-3.0M。将溶液定容到1000mL或2500mL的容量瓶中,容积记为V总。
5.3共沉淀富集收集
5.3.1从V总中精确移取100mL溶液放入500mL的烧杯中,再加入200mL 1:3的盐酸(盐酸体积:水体积=1:3),用移液管加入5mLHBF4然后放入热板上加热微沸30分钟。
5.3.2用移液管取12.5mg/mL 的氯化碲溶液10mL加入到烧杯中,加入10mL氯化亚锡溶液,微沸15分钟,再加入5mL氯化亚锡溶液,然后再加入12.5mg/mL 的氯化碲溶液1mL,继续微沸30分钟。
5.3.3将烧杯放入冷水中冷却2小时,共沉淀颗粒变大。
5.3.4将共沉淀用微孔滤膜过滤,用10%的盐酸溶液(盐酸体积:水体积=1:9)洗涤6次(每次10-20mL)。
5.3.5从V总中精确移取100mL溶液两份分别至100ml容量瓶中,密封后保存在20℃环境中,并做好标记,以备复查。如复查时溶液中存在沉淀物,可将溶液转移至250mL烧杯中滴加浓盐酸、双氧水处理后定容于原100mL容量瓶中。
5.4 共沉淀溶解
5.4.1将微孔滤膜放入烧杯中,加入10mL的王水,水浴溶解微孔滤膜,然后将溶解液D转移到100mL容量瓶中。然后根据采用的测试方法(ICP或AAS)对溶液进行处理。
5.4.1.1补加王水6-10mL,用水稀释到刻度。此溶液用于ICP检测。
5.4.1.2或加入20%的氯化镧溶液2mL,补加王水6-10mL,用水稀释到刻度。此溶液用于AAS检测。
5.5程序空白试液的制备
不加试料,按5.1-5.4给出的步骤和试剂,制备程序空白试液。每批样品制备2 个程序空白试液。
6 AAS/ICP测试
6.1标准样品的制备
6.1.1用贵金属标准储备液配置不同浓度的标准溶液,补加王水6-10mL,加入20%的氯化镧溶液2mL(ICP测试不要求)用水稀释到100mL。
6.1.2每种贵金属配制至少5 个不同浓度的标准溶液,其浓度应处于仪器的最佳测试范围。
6.2仪器校准与分析条件设定
6.2.1原子吸收光谱法(AAS)
根据仪器使用说明书,对仪器进行校准,调整仪器测试参数。根据仪器使用说明书,分别设定铂(Pt)、钯(Pd)、铑(Rh)的定量分析条件。其中铂(Pt)、钯(Pd)、铑(Rh)元素的分析条件选择表1 中的数值。
表1 AAS法分析条件
条件 | 铂(Pt) | 钯(Pd) | 铑(Rh) |
波长(nm) | 265.9 | 247.6 | 343.5 |
狭缝(nm) | 0.2 | 0.4 | 0.4 |
灯电流(mA) | 10 | 10 | 10 |
火焰类型 | Air-C2H2 | Air-C2H2 | Air-C2H2 |
燃气流量(L/min) | 1.5 | 1.6 | 1.6 |
测试时间(S) | 5 | 5 | 5 |
6.2.2电感耦合等离子体发射光谱法(ICP-OES)
根据仪器使用说明书,对仪器进行校准。进入波长校正界面,将样品管插入波长校正液中,等待1~2min 以便提升波长校正液、稳定波长校正液流量。用已知元素的波长校正发射光谱,以确保各波段波长与检测器像素之间完全吻合。
根据仪器使用说明书,分别设定铂(Pt)、钯(Pd)、铑(Rh)的定量分析条件。其中铂(Pt)、钯(Pd)、铑(Rh)元素的分析谱线宜选择表2中的数值。
表2测定元素推荐谱线
元素 | 主分析谱线 | 次分析谱线 |
铂(Pt) | 265.945 | 214.423 |
钯(Pd) | 340.458 | 363.470 |
铑(Rh) | 343.489 | 233.477 |
6.2.3电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)
根据仪器使用说明书,对仪器进行校准。进入调谐界面,将样品管插入调谐液中,等待1~2min 以便提升调谐液、稳定调谐液流量。调整等离子体参数、透镜系统参数等各项参数,以确保灵敏度、氧化物离子、分辨率等各项性能指标处于仪器安装验收指标值的±30%内。
根据仪器使用说明书,分别设定铂(Pt)、钯(Pd)、铑(Rh)的定量分析条件。其中铂(Pt)、钯(Pd)、铑(Rh)元素的质量数宜选择表3 中的数值。测定元素质量数
表3 测定元素质量数
元素 | 质量数 |
铂(Pt) | 195 |
钯(Pd) | 105 |
铑(Rh) | 103 |
注:ICP-MS方法分析时,推荐选用铟为内标元素。
6.3分析
6.3.1建立标准曲线
标准溶液应按照待测元素浓度从低到高的顺序测定。以待测元素的浓度值为横标,待测元素响应值或待测元素响应值与内标元素响应值的比值为纵标,绘制标准曲线。并用各个元素的标准曲线进行待测试液中元素浓度的测定。标准曲线的线性相关系数应优于0.999。
6.3.2程序空白试液分析
用盐酸溶液清洗系统至少2min 后,分析程序空白试液中Pt、Pd、Rh 元素浓度,以确定程序空白值。
6.3.3试液分析
试液应按照待测元素浓度从低到高的顺序测定,以避免记忆效应。如待测元素浓度高于设定的线性动态范围时,应将试液稀释至标准曲线范围内重新分析。
试液中元素的分析结果应为测定值减去相应的程序空白值。
7 结果计算
样品中的贵金属含量(mg)= V测量* C测量* V总/V富集
样品中的贵金属含量(g/ft3)= 样品中的贵金属含量(mg)/样品的体积(ft3)/1000
金属催化转化器中各贵金属元素的含量以mg或以克每立方英尺(g/ft3)表示,且按GB/T 8170中的规定修约至四位有效数字。
8 判定
8.1测试结果中各元素含量应不低于企业申报值的75%。
8.2测试采用ICP或AAS两种方式,如有异议以ICP测试为准。
附录A
贵金属含量初步判定方法
如果金属载体表面贵金属涂层为非黑色,则通过下述的试验方法进行初步判断。
A.1将催化转化器放入管式电炉,以20mL/min的流量通入氢氮混合气(氢气3%),升温到 500℃保持2小时,然后自然冷却10min,整个过程中持续通入氢氮混合气。试验过程中,应保证装置的安全性,建议尾气用燃烧法焰封处理。
A.2关闭气体后继续冷却30min,取出催化转化器。观察贵金属涂层是否呈还原黑色,如果呈黑色,表明涂覆了贵金属,否则,则表明贵金属涂覆很少或根本没有。
A.3若判定为没有,则暂停试验,通知相关企业确认是否含有贵金属,若企业承认不含贵金属或含量较低,则判定为不合格。若企业认为贵金属含量符合申报值,则继续进行试验。