化学计量学-光谱法在稀土分析中的应用和进展.pdfVIP

化学计量学一光谱法在稀土分析中的应用及进展 倪永年王勇 南昌大学化学系南昌330031 我国是稀土大国，据1993年1月美国矿物局的统计资料表明，世界稀±工业储量为l J， 亿．吨，中国稀土储量为4300万吨，占总量的43％，位居世界第一。稀土应用十分广泛II 可应用于钢铁冶金、有色冶金、催化剂(石油裂化、催化剂、汽车尾气净化剂等)、新型材料 f磁性材料、发光材料、玻璃陶瓷材料、超导材料等)和农业生产中。生产实践对稀土分析的 要求较高，因此稀二仁元素分析具有实际应阁价值。稀土元素分析也具有很高的研究价值。 稀士元素包括15个镧系元素和钇、钪，在元素周期表中位于111B族，它们的电子结构 相似，化学性质相近，因此稀土分析是无机分析中较困难和较复杂的课题之一。自70年代 稀土分析化学在我国作为一门学科的分支发展起来后，稀土元素分析化学发展很快。1981 年，武汉大学等单位编著了《稀土分析化学》【2】，此后，稀土元素分析化学发展迅速。目前 稀土分析具有两大重要特征：第一，分析手段的仪器化。近年来各种新型分析仪器相继问世， 昔日以“溶液平衡”为基础的经典的稀土分析方法(如重量法，滴定法等)已发展成为以仪器 分析(如原子发射光谱分析，色谱分析，质谱分析，x荧光光谱分析，中子活化分析等)为主 的现代稀土分析，由于现代分析仪器广泛采用了数学、计算机科学等新成就，使得现代稀土 分析有着比经典稀士分析无可比拟的优越性：选择性好，灵敏度高，分析速度快，精密度好 等；第二，复杂的多组分体系的分析。稀土分析的这个特征是由稀土的化学性质相似性决定 的，为了测定各种稀土的含量范围及不同形态稀土元素和共存的各种单一稀土元素，分析工 作者采用了几乎所有的分析手段和分离方法。在80年代中期以前，为避免复杂多组分体系 造成吸收峰的重叠干扰，分析工作者合成了上百种光度法稀土显色剂，以不经分离光度法直 接测定稀土总量。萃取色谱法的发展使单一稀土的测定成为可能。面对稀土元素的复杂多组 分分析体系，化学分析法往往采用各种分离手段以得到一个较好的化学体系来达到分析的目 的，光谱分析法则以牺牲灵敏度为代价来选择不受干扰或干扰程度较小的分析线。 在稀土的复杂多组分体系的分析中，经典的工作曲线法导数法和双波长法至今仍被广大 分析工作者所应用i3曲J。但这些方法有自身的局限，它们的校正方法一般以单点数据为基础， 如以光谱最大吸收点色谱峰面积等来解析测试数据，未能充分利用现代仪器所提供的矢量型 或矩阵型数据，从而丢失很多有用信息对复杂组分体系，经典分析法更是无能为力。80年 代初形成的新学科——化学计量学，它是化学数学和计算机科学的“接口”，它能解析和充 分利用现代分析仪器所提供的大量数据。80年代中期以后，分析工作者研究结合现代分析 仪器把化学计量学应用到稀土分析中，同时，有些化学计量学方法也被开发成软件而成为现 代分析仪器的有机组成部分，化学计量学和计算机科学的研究和发展，给稀土的复杂多组分 体系的定性和定量分析带来了广阔的前景。 1分光光度法 在我国，吸光光度分析法是广泛普及的仪器分析方法，利用该方法测定稀土元素已取得 相当的进展。分光光度法具有以下特点：(1)不需化学分离；(2)不需引入过多试剂：(3)操作 简便，适用范围广。但是由于稀土元素的吸收光谱严重重叠，故利用单一显色剂体系难于进 行多组分的同时测定。于是，对于稀土的多组分定量测定，可以利用分光光度法和化学计量 学法相结合的方法，用计算机处理混合样光谱数据，能够得到满意的结果，同时简化了实验 步骤，具有一定的实用价值。 53 将化学计量学与光度分析结合起来用于稀土分析已引起人们的兴趣，如Peralta—Zamor 等【71用偏最小二乘法同时测定铈、镨、钕和钐，刘德龙Is．9]用多体系多波长计算光度法同时 测定镧、铈、镨、钕、钐、铕和钆，同时他还用计算光度法同时测定镧、铈、镨和钕。朱建 芳等【101用偏最小二乘和主成分回归方法同时测定钢铁中镧和铈。林开利等…J用人工神经网 络．分光光度法同时测定合金钢样中的铈组各个稀土元素，郑静等il2J用偏最d,-乘法同时测 定铋钍铒及地质试样中的铈组稀土。因子分析是解析多维数据的～门技术，通过对数据矩阵 进行特征分析和旋转变换等操作来确定银