灰化中催化劑對化學元素的影響

更新時間：2018-09-17

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灰化是使固體廢物燃燒而轉變為二氧化碳、水和灰的過程。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 (c)防止灰分組分與坩堝材料反應。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氧化時，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，而且能達到使灰分松散的目的。同樣，硝酸可以在灰化開始時加入，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。若要測定生物試樣中的錫，則不可加入硝酸，因為生成的錫酸(水合二氧化錫)傾向于與石英坩堝反應。加入硫酸在某種程度上可避免由揮發引起的損失。以此法,較易揮發的氯化物，諸如氯化鉛、氯化鎘和氯化鈉，被轉化為沸點較高的硫酸鹽,釩—卟啉化合物等揮發性有機金屬絡合物也被破壞。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要大得多，因而灰分中持測元素大為“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引起的損失。應用灰化助劑對灰分的組分同樣產生有利的影響。有人推薦坩堝襯以濾紙，然后將試樣炭化，殘渣用氯化鎂溶液浸漬，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的玻璃狀熔融物的傾向遠小于由酸性殘渣產生的簡單偏磷酸鹽。也有人建議在脂肪試樣中加入粉末狀纖維素，這樣，整個試樣將平穩燃燒，而不致產生過高的溫度。下面格根據新近的一些研究結果，總結在灰化過程中許多元素的特性．

砷(As) 在沒有添加劑存在下灰化有機物質時，即使溫度低至400℃砷也部分失去。已報道甚至在100℃下干燥血液試樣，砷也會損失。加入灰化助劑可排除砷損失的可能性。常用的灰化助劑是氧化鎂或硝酸鎂或二者同時使用。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，有時則加入六水合硝酸鎂，硝酸鎂須過量較多(每克試樣用4克)。不過往往同時加入這兩種化合物，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。有機砷化合物應以硝酸和溴酸鉀處理加熱不超過300℃。灰化開始時溫度應緩慢升高。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)會與Na3AsO3反應。灰分用1：1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。即使應用灰化助劑，砷的損失也會發生。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。因為生物試樣中的砷很可能以揮發性有機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*份試樣測定干重量。

鉍(Bi) 試樣應在鉑或瓷器皿中于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。對礦物油試樣灰化前應加入磺酸鉀或磺酸鎂。灰分用濃鹽酸或硝酸浸出。硅酸應以HF-H2O和硫酸加熱除去。

鎘(Cd) 溫度高于400℃時氯化鎘極易揮發在500℃．僅需1小時就有44％鎘失去。另一方面，硝酸鎘和硫酸鎘即使溫度高達500℃也是穩定的。硫酸鎘試樣于600℃加熱1小時約損失4％。植物物質不加助刑在450℃下灰化將失去鎘。對與灰化助劉硝酸或硝酸鎂一起加熱的有機試樣(可可)，或與磷酸氫二鈉一起加熱的生物物質，也有過因揮發作用導致鎘大量失去的報道。盡管有這些不能令人滿意的結果，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。灰化時可以使用石英坩堝或鉑坩堝，后者似乎較好。灰分可溶于稀酸。

鍺(Ge) 在高于600℃下干灰化有機物質時，已觀察到鍺的損失，不過，有人在550—600℃或560℃灰化后測定煤中的鍺。加熱升溫速度不應超過每分鐘3—5℃。因為鍺的揮發可能由于四氯化鍺的揮發性，所以，試樣的氯含量與鍺揮發性之間有一定的關系，而且似乎需要堿性灰化助劑，例如在700一1000℃下灰化需要氫氧化鈉[對煤和飄塵，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。灰化時用鉑坩堝或瓷坩堝，灰分溶于酸中。

汞(Hg) 在各種條件下干灰化，汞即使不*揮發，也在很大程度上失去。

銻(Sb) 對以放射性同位素銻標記并在溫度范圍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，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℃并有氯化銨存在時灰化，幾乎所有的銻都失去，加入氯化鈉，不會引起任何損失，但和坩堝起反應。銻似乎不從堿性介質揮發。進行元素分析的有機物質應與足量的氧化鎂(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*從進行干灰化的試樣中失去,甚至有關于試樣在100℃干燥便失去曬的記載.

錫(Sn) 干灰化法很少用于測定有機物質中的錫，因為出四氯化錫的揮發性或二氧化錫和坩堝之間反應引起的誤差多半較大。不過，仍有一些方法適用在450—500℃或500—600℃灰化生物物質。硝酸不應加入，灰分不許熔融。脂肪應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。灰分溶于硫酸、硫酸—硝酸或6M鹽酸,建議以氫氧化鉀或氫氧化鈉—炭熔融。對果汁的灰化，據報道則存在一些困難.

碲（Te）有機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，由于氯化鋅的揮發性，或由于與二氧化硅與硅酸鹽反應而失去鋅。不過有關鋅損失的說法并不*一致。以放射性同位素65Zn標記的軟體動物軟組織進行的實驗表明：在干燥時鋅失去9％，而在450一600℃灰化時，損失約25％。與此類似對在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％。毛發試樣在高達900℃灰化沒有鋅揮發。鋅的揮發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，硝酸鹽和硫酸鹽可分別加熱至500~600℃。據說硝酸鹽在鉑器皿個加熱至700℃后能*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。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，對溫度550℃以下，盡管出于與瓷釉反應可能引起鋅損失，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。若氯化物存在，鋅好象特別容易與二氧化硅反應生成硅酸鋅。總之，鉑坩堝似乎比較適用。尤其是因為瓷、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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