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氢化物发生

2017-07-28

氢化物发生法的概述:
碳、氮、氧族元素的氢化物是共价化合物。其中As、Sb、Bi、Sn、Se、Te、Pb、Ge 8种元素的氢化物具有挥发性,通常情况下为气态,借助载气流可以方便的将其导入原子光谱分析的原子化器或激发光源中,然后进行定量光谱测量,这个过程也是测定这些元素的最佳样品引入方法。
用常规的原子光谱分析方法测定这些元素有很大困难。因为,首先这些元素的激发谱线大都落在紫外线区,因此测量的灵敏度较低。另外,常规火焰会产生强烈的背景干扰,导致测量信噪比变坏。所以,一般火焰AAS、石墨炉AAS甚至ICP对As、Sb、Bi、Sn、Se、Te、Pb、Ge加上Hg的检出能力几乎都无法满足一般样品分析的需要。
氢化物发生进样方法,是利用某些能产生原生态氢的还原剂或通过化学反应,将样品溶液中的待测组分还原为挥发性共价氢化物,然后借助载气流将其导入原子光谱分析系统进行测量的方式。1969年,澳大利亚的Holak首先利用经典Marsh反应发生砷化氢,并将其捕集在液氮冷阱中,将其加热,用氮气流将挥出的砷化氢引入空气-乙炔焰中进行原子吸收测量,开创了氢化物发生-原子吸收光谱分析新技术。随后,许多化学工作者致力于研究不同的还原体系和反应条件、不同类型的氢化物发生装置、捕集器和原子化器、分析自动化以及干扰机理和消除方法,使这种技术不断改进完善,并相继用于原子荧光和ICP等光谱分析系统之中,为提高灵敏度同时检测这些元素开辟了新途径。
氢化物发生-原子荧光光谱(HG-AFS)分析法显示出了其独特的优点,这主要是由于这些元素的主要荧光谱线介于200nm—290nm之间,正好是日盲式光电倍增管灵敏度最好波段,另一方面,这些元素可以形成气态氢化物,不但与大量基体相分离,大大的降低了基体干扰,而且因为采用气体进样方式,极大的的提高了进样效率。因此,HG-AFS分析法测定上述元素具有很高的灵敏度,而且HG-AFS技术已越来越受到人们的重视。
氢化物发生进样方法的优点在于:
① 分析元素能够与可能引起干扰的样品基体分离,消除了干扰;
② 与溶液直接喷雾进样相比,氢化物能将待测元素充分预富集,进样效率将近100%;
③ 连续氢化物发生装置易于实现自动化;
④ 不同价态的元素氢化物发生实现条件不同,可进行价态分析。
 
氢化物的物理化学性质:
氢化物的沸点:
一些常用氢化物的沸点见表1-4。
表1-4 氢化物的沸点
氢化物
沸点/K
氢化物
沸点/K
氢化物
沸点/K
AsH3
218
H2Se
231
PbH4
260
SbH3
226
H2Te
259
SnH4
221
BiH3
251
GeH4
184.5
 
 
由表1-4可看出氢化物的沸点都低于273K(即0℃)。
 
氢化物的物理和化学性质:
氢化物的某些物理和化学性质见表1-5。
表1-5 氢化物的物理和化学性质
氢化物
反应试剂
反应温度
反应产物
备注
AsH3
H2O
室温
 
每100mL水可溶解20mL AsH3
AgCl,HgCl2
室温
Ag,Hg
NaCl,KCl
室温
NaAsH2,KAsH2
Cl2
 
AsH2Cl
SbH3
醇类
 
 
溶解
AgCl
室温
Ag
 
HgCl2
室温
Hg
 
Cl2
 
SbCl
 
CS2
 
 
溶解
BiH3
AgNO3
 
 
 
SeH4
H2O
室温
 
溶解
NaOH,KOH
室温
Na2Se,K2Se
 
AgNO3
室温
Ag
 
TeH4
FeCl3
 
FeCl2
 
了解氢化物的物理和化学性质将有助于消除他们的气相干扰。
 
热力学参数:
表1-6为可形成氢化物元素双原子分子的离解能(E)了解这些热力学参数有助于解释分析中出现的一些干扰。
表1-6 氢化物元素有关的热力学参数
 
E/ eV
 
E/ eV
 
E/ eV
AsH
2.8
Ge2
2.8
PbTe
2.5
SbH
(2.6)
Sn2
2.0
AsTe
2.5
BiH
2.5
Pb2
1.0
GeSe
5.0
GeH
3.2
Se2
3.4
SnTe
3.6
SnH
2.5
Te2
2.7
AsBi
3.0
PbH
1.8
AsSb
3.5
BiSe
2.9
SeH
3.2
SbBi
2.5
GeTe
4.2
TeH
(2.7)
PbSe
3.0
SbSe
3.0
As2
3.9
SeTe
33.0
BiTe
2.4
Sb2
3.1
AsSe
3.0
SbTe
2.7
Bi2
2.0
SnSe
4.1
 
 
 
氢化物发生方法:
从氢化物发生的历史上来看,尽管有各种各样的氢化物发生方法,但概括起来有金属–酸还原体系、硼氢化物–酸还原体系、碱性模式还原以及电解还原法4种。本公司生产的SK系列原子荧光光谱仪采用硼氢化物–酸还原体系,这是因为硼氢化物钾–酸还原体系在还原能力、反应速度、自动化操作、抗干扰程度以及使用的元素数目等诸多方面都表现出极大的优越性。
   氢化物发生的反应原理如下:
KBH4+H2O+H+→H3BO3+K++H•EHn+H2↑(m可以不等于n)
   硼氢化物的形成决定于两个因素:
(1)   被测元素与氢化物化合的速度,
(2)   硼氢化物在酸性溶液中的分解速度。
BH4+H++3H2O→H3BO3+4H2
   进行氢化物反应的条件:
 (1)必须保持一定的酸度;
(2)被测元素必须以一定的价态存在;
这些条件可能随着氢化物发生的方式不同而发生改变。表1-7为一些元素的反应条件:
表1-7 一些元素氢化物发生的反应条件
元素
元素价态
反应酸介质
元素
元素价态
反应介质
As
+3
5%HCl
Sb
+3
5%HCl
Bi
+3
10%HCl
Hg
0
5%HNO3
Ge
+4
20%H3PO4
Sn
+4
2%HCl
Pb
+4
2%HCl
Se
+4
20%HCl
Cd
+2
2%HCl
Zn
+2
1%HCl
Te
+2
15%HCl
 
 
 
五价状态的As和Sb也可以与硼氢化物反应,但反应速度较慢;六价的Se和Te不与硼氢化物钾反应,Pb的氢化物为PbH4,但在溶液中Pb以二价存在,因此必须加入氧化剂。

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