泡沫塑料-原子吸收法测金相关实验条件探讨

韩洁芳

（安徽省地质矿产勘查局325地质队，安徽 淮北 235000）

由于金有很大的可塑性、延展性以及较好的导热导电性，使得其在工业上的应用越来越广泛。金在自然界的含量低，主要以自然金产出，也能和银、铜和铂族元素形成天然合金。金矿样的分析方法有多种，试样的分解方法分为火试金法、酸分解法、氯化法、碱熔融法等；
金的富集方法有活性炭吸附法、泡沫塑料吸附法、溶剂萃取法、离子交换法等；
金的测定方法有碘量法、氢醌容量法、火焰原子吸收光谱法、石墨炉原子吸收光谱法、重量法等。本文采用泡沫塑料-原子吸收法，测定金并对实验过程中的相关条件进行了优化，节省了时间、人力，提高了结果的准确性。

1.1 主要仪器及工作条件

原子吸收光谱仪，珀金埃尔默仪器（上海）有限公司；
电子天平，昆山钰恒电子衡量器有限公司；
恒温往复震荡器，上海智城分析仪器制造有限公司；
马弗炉，上海实验电炉厂。

原子吸收光谱仪工作条件见表1。

表1 原子吸收光谱仪工作条件Table 1 Working conditions of atomic absorption spectrometer

1.2 试 剂

王水：盐酸、硝酸均为分析纯，配制成1∶1的王水；
硫脲溶液：配制成1.7 g/L的硫脲溶液，每100 mL硫脲溶液加3至5滴1∶1盐酸；
泡沫塑料：将聚氨酯泡沫塑料剪成1 cm×1 cm×5 cm。

系列标准溶液：准确移取0、0.25、0.5、1.00、2.00、3.00、4.00、5.00 mL金标准溶液（100 μg/mL），分别置于1组100 mL容量瓶内，加入1∶1王水10 mL，定容，摇匀，此溶液对应金的浓度 分 别 为0.00、0.25、0.50、1.00、2.00、3.00、4.00、5.00μg/mL。

实验标准物质：GAu-15a、GAu-16b、GBW07 0118a、GAu-14a、GBW070119、YTAuⅢ-7、GAu-18b、GAu-22a。

1.3 实验过程

称取10.0 g样品放入马弗炉中，升温至650℃，一般烧制2 h（如若样品中硫含量较高，则烧至无冒烟为准），冷却至室温，然后转移至250 mL锥形瓶中，用少量水湿润；
加入1∶1王水，在电热板上保持微沸状态，溶解约2 h，直至体积大约为15～20 mL，接着加水至75～80 mL；
放入一块泡沫塑料，在往复恒温振荡器上振荡1 h，取出泡沫塑料并洗净，放入25 mL比色管中；
加入10 mL硫脲-盐酸溶液，在水浴中加热50 min，将泡沫塑料拧干取出，冷却至室温，于原子吸收波长242.8 nm处测定。

2.1 烧样温度和时间

对于测金的烧样时间不是固定不变的，要根据样品含元素的种类来决定。烧样的时间在测金中对结果影响较大的元素为硫和碳，这2种元素的存在会包裹金，使得测量的结果严重偏低，因此在烧样中一定要将这2种元素去除。前人指出，在烧样过程中，只要将温度升至500℃烧制0.5 h，再将温度升至800℃烧制1 h，可完全将硫和碳去除。在经过实验验证后，发现虽温度上升至800℃可将硫和碳完全去除，但样品极容易处于烧结状态，因此需要在烧样过程中，将样品取出进行翻松再进行烧制。对于少量样品，这种方法具有可操作性，但是样品较多时，翻松样品工作量大，使得烧样时间大大延长。

查阅相关资料表明，硫在400℃时就可以烧制完全，碳在600℃开始燃烧，在650℃条件下可将硫和碳完全去除，也可将汞等元素去除，同时样品不处于烧结状态。烧样时间不固定，需观察马弗炉的冒烟状况，至马弗炉无冒烟情况为止。

以含硫量高的硫铁矿作为实验样品，分别按上述2种方法烧制样品：将样品在500℃烧制0.5 h，将样品取出并翻松，再放入马弗炉中，将温度升至800℃烧制1 h，然后测定；
将样品在650℃烧制无冒烟状态为准，然后测定。

通过对比2组实验结果，发现各样品在500℃烧制0.5 h再升至800℃烧制与在650℃烧制无冒烟状态下的测定值相差不大，数据的RSD值均较小，说明2组实验的精密度较高，数据的重现性良好。因此，可以直接将样品在650℃下烧制无冒烟状态即可。

在500℃烧制0.5 h再升至800℃烧制1 h条件下实验结果见表2。

表2 在500℃烧制0.5 h再升至800℃烧制1 h条件下实验结果Table 2 Test results at 500℃for half an hour and then 800℃for one hour

在650℃烧至无冒烟条件下实验结果见表3。

表3 在650℃烧至无冒烟条件下实验结果Table 3 Test results at 650℃without smoke

续表

2.2 泡沫塑料吸附能力的影响条件

2.2.1 王水介质浓度的选择

研究表明，最好的王水介质浓度为10%～20%，也就是说在溶解至体积为15～20 mL王水时需加水至25～100 mL，泡沫塑料在此酸度范围内有较好的吸附率。但在长期实验中发现，此范围可进一步缩小至15%～20%，当＜15%时，泡沫塑料的吸附率并不稳定，特别是样品中金的含量较大时，王水较小的酸度会影响到泡沫塑料的吸附率。

分别准确吸取Au标准溶液（100μg/mL）1 mL放入250 mL锥形瓶中，加入不同量的王水，使得王水的浓度在10%～20%。

100μg金在不同浓度王水下的回收率见表4。

表4 100μg金在不同浓度王水下的回收率Table 4 Recovery rate of 100μg gold under different concentrations of aqua regia

由表4可得，当金含量较低时，王水浓度变化对金回收率影响较小。

分别准确吸取Au标准溶液（100μg/mL）6 mL放入250 mL锥形瓶中，加入不同量的王水，使得王水的浓度在10%～20%。

600μg金在不同浓度王水下的回收率见表5。

表5 600μg金在不同浓度王水下的回收率Table 5 Recoveries of 600μg gold under different concentrations of aqua regia

由表5可得，当金含量较高时，王水浓度在15%～20%时，金回收率较高且较稳定。分别准确吸取Au标准溶液（100μg/mL）8 mL放入250 mL锥形瓶中，加入不同量的王水，使得王水的浓度在10%～20%。

800μg金在不同浓度王水下的回收率见表6。由表6可得，当金含量高时，王水浓度在15%～20%时，金回收率较高且较稳定。

表6 800μg金在不同浓度王水下的回收率Table 6 Recovery rate of 800μg gold under different concentrations of aqua regia

2.2.2 放入泡沫塑料时温度的影响

泡沫塑料对金的吸附原理主要体现在2个方面：①从化学性质来看，泡沫塑料为聚氨酯，金对氨酯类、树脂类等高分子化合物产生较强的吸附能力；
②从物理性质来看，泡沫塑料交链度大，且为均匀体，吸附力较强，能在液膜电位上产生很好的吸附和交换。因此，泡沫塑料的体外表与化学性质两者结合共同造成对金离子的吸附。在实验中发现当溶解样品刚结束时，温度高，此时放入泡沫塑料经过1 h的振荡，在温度较高的环境下，泡沫塑料体外表的孔隙发生变化，对其本身的均匀性有所破坏，进一步影响了吸附率。同时，在解析金之后，实验明显看到溶液呈黄色，也说明泡沫塑料发生一定的变化。

以下实验为：刚溶解结束温度较高时，在15%王水浓度下，泡沫塑料对金的吸附率；
放置0.5 h之后，在15%王水浓度下，泡沫塑料对金的吸附率；
放置1.5 h之后，在15%王水浓度下，泡沫塑料对金的吸附率。从结果可以看出，放置一段时间后，泡沫塑料对金的吸附率较高，与真值误差较小，准确度高，而温度较高时，放入泡沫塑料的吸附率较低，与真值误差较大，准确度低。放置0 h泡沫塑料对金的吸附率见表7。

表7 放置0 h泡沫塑料对金的吸附率Table 7 Adsorption rate of foam plastic to gold after 0 h

放置0.5 h泡沫塑料对金的吸附率见表8。

表8 放置0.5 h泡沫塑料对金的吸附率Table 8 Adsorption rate of foam plastic to gold after 0.5 h storage

放置1.5 h泡沫塑料对金的吸附率见表9。

表9 放置1.5 h泡沫塑料对金的吸附率Table 9 Adsorption rate of foam plastic to gold after 1.5 h

2.2.3 硫脲溶液解析金相关探讨

在硫脲解析金过程中，解析金时，最后将泡沫塑料取出时，需趁热取出，否则泡沫塑料将会再次吸附金，造成实验结果偏低。但在实验中发现，金即使在冷凉的状态下，泡沫塑料也难将溶液中的金再次吸附。硫脲溶液解析金的原理：在酸性稀硫脲溶液中，金被氧化，并与硫脲络合生成阳离子，络合物进入溶液中，也就是说硫脲的氧化能力要大于泡沫塑料对金的吸附能力。查阅相关资料可知，硫脲在碱性溶液中极不稳定，易分解成硫化物和氨基氰，但在酸性介质中很稳定，而且被硫脲氧化络合后的产物在酸性介质中也相当稳定。同时，泡沫塑料在有机合成时，在产生中间体时，也有硫脲甲酸脂及缩硫脲的产物发生，当硫脲遇到泡沫塑料时，由于溶液中有过量脲基团的存在，可使泡沫塑料对金的吸附能力有极大的减弱，所以从理论上推导：用硫脲解析金之后，并不需要趁热取出泡沫塑料，也就是冷凉之后不会产生泡沫塑料回吸金的现象。

开展相关实验进一步验证，分别准确吸取Au标准溶液（100μg/mL），放入250 mL锥形瓶中，保持王水浓度为15%。在振荡1 h后，洗净泡沫塑料，放入25 mL比色管中，接着放入1.7%的硫脲，在水浴中加热40 min后取下，分别将泡沫塑料立即取出、冷凉3 h后取出、冷凉6 h后取出，测定相关数据。从结果可以看出，3组实验数据误差均较小，准确度较高，说明在解析金之后，泡沫塑料不需要趁热取出，可冷凉后取出。

趁热直接取出泡沫塑料条件下金的吸附率见表10。

表10 趁热直接取出泡沫塑料条件下金的吸附率Table 10 Adsorption rate of gold under the condition of taking out foam plastic directly while hot

冷凉3 h后取出泡沫塑料条件下金的吸附率见 表11。

表11 冷凉3 h后取出泡沫塑料条件下金的吸附率Table 11 Adsorption rate of gold under the condition of taking out foam plastic after cooling for 3 h

冷凉6 h后取出泡沫塑料条件下金的吸附率见 表12。

表12 冷凉6 h后取出泡沫塑料条件下金的吸附率Table 12 Adsorption rate of gold when foam plastic is taken out after 6 h of cooling

2.2.4 高含量金相关实验条件探讨

对高含量金，尤其金的含量＞5 g/t的样品，在溶解金之后，需要将溶解后的溶液转移至250 mL容量瓶中，定容至250 mL，摇匀再分取50至250 mL锥形瓶中，加入10 mL1∶1王水，再放入泡沫塑料进行振荡。其中，定容至250 mL摇匀后，对分取50 mL溶液有不同的看法，一种看法认为，摇匀后需立即分取，在浑浊状态下进行分取50 mL，另一种看法认为，需要在摇匀后，将溶液放置澄清，在澄清的状态下取清液50 mL。

对此进行相关的实验研究，分2组实验：第1组将标准物质YTAuⅢ-7、GAu-18b、GAu-22a各称取5份，每份10.0 g，在马弗炉中以650℃烧制2 h，再用50 mL1∶1王水溶解后，转移至250 mL容量瓶中，定容摇匀后，立即分取50～250 mL锥形瓶，加入10 mL1∶1王水，加水调节酸度至15%，加入泡沫塑料振荡2小时，然后洗出泡沫塑料，用硫脲进行解析金，上机测定；
第2组重复上述操作，其中在定容摇匀后，放置澄清，取上层清液50～250 mL锥形瓶中，继续第1组的后续操作。2组实验结果如下，通过对比可知，第2组放置澄清的实验数据准确度、精密度较第1组较高，推测是由于样品经王水溶解后，金以离子状态存在于溶液中，放置澄清后，消除了底部泥沙状固体物质的干扰。

第1组实验结果见表13。

表13 第1组实验结果Table 13 Results of the first group of experiments

第2组实验结果见表14。

表14 第2组实验结果Table 14 Results of the second group of experiments

（1）对含硫碳含量高的地质岩石样品可直接在650℃的马弗炉中烧至无烟冒出即可，省去更高温度下对样品的翻松的工作，也节省了时间。

（2）对王水介质浓度范围做了更精确的认定，经过实验得出，王水浓度在15%～20%使得样品中的金无论在高含量还是低含量都可以有较高的吸附率。

（3）经王水溶解后的金必须在冷凉的状态下才可放入泡沫塑料进行振荡吸附，否则将会使得泡沫塑料在较高温度环境下出现一定物理性质的改变，影响吸附率。

（4）解析金之后不存在一定要将泡沫塑料趁热取出，即使在冷凉多小时后将泡沫塑料取出也不影响金的吸附率。

（5）对于高含量的金由于含量较高需要分取测定，在分取溶液时最好在澄清状态下分取，使得结果的准确度更高。

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