利用三丁基磷酸改性的二氧化硅作为固相萃取剂从岩石基质中预富集钪，并通过石墨炉原子吸收光谱法（GFAAS）进行测定

《ACS Omega》：Preconcentration of Scandium from Rock Matrix Using the Silica Modified with Tributyl Phosphoric as Solid-Phase Extraction and Determination by GFAAS

采用TBP修饰的硅胶固相萃取结合GFAAS浆料进样法，优化了pH5、30分钟吸附、800℃解吸及2400℃原子化条件，实现了钪在<0.01ppm矿石中的高效分离与检测，检出限低至0.1μg/kg，RSD<1%，与ICP-OES结果一致。

　　本文讨论了一种用于分析含钪矿石中痕量钪的新方法，结合了固相萃取与石墨炉原子吸收光谱（GFAAS）技术。钪作为一种重要的稀有金属，其在多个工业领域中具有广泛应用，包括航空航天、电子、运输、光学以及军事等。然而，由于钪在矿石中的含量极低（通常低于1 ppm），常规的直接测定方法面临诸多挑战，如复杂的基质干扰、低灵敏度以及分析时间较长等问题。因此，研究人员开发了一种高效的分析方法，通过固相萃取技术富集钪，再结合GFAAS的高灵敏度特性进行检测，从而提高测定的准确性和效率。

### 钪的应用与分析需求

钪在自然界中以极低的浓度存在于常见岩石中，其地壳丰度约为22 mg/kg。由于其在矿石中的含量极低，钪通常不作为独立的矿产资源开采，而是作为其他矿物的副产品进行提取。随着科学技术的发展，钪的应用逐渐扩大，尤其是在铝合金中，添加少量的钪可以显著提高合金的强度和耐热性，使其广泛应用于航空航天、运动器材、电子设备以及导弹制造等领域。此外，钪还被用于制造稳定的氧化锆（Scandia-stabilized zirconia），作为固体氧化物燃料电池（SOFCs）的重要材料。

由于钪的浓度极低，传统的分析方法往往难以满足其检测需求。因此，科学家们不断探索新的富集与分离技术，以提高分析的灵敏度和选择性。在这些方法中，固相萃取技术因其高效、简便和可重复性而受到重视。本文提出了一种利用TBP（三丁基膦）修饰的硅胶作为吸附剂，通过固相萃取技术富集钪，并采用GFAAS结合悬浮液注射技术进行测定的方法。该方法具有较高的灵敏度和较低的检测限，能够有效处理复杂基质样品，提高钪的检测效率。

### 吸附剂的制备与性能

为了实现高效的固相萃取，研究人员对硅胶进行了TBP修饰。TBP是一种常用的有机萃取剂，能够与金属离子形成稳定的络合物，从而实现其在固相材料上的吸附。硅胶的表面具有大量的硅羟基（-Si-OH）基团，这些基团具有亲水性，容易与水分子结合。通过TBP的修饰，硅胶的表面特性发生变化，形成疏水性，从而增强其对金属离子的吸附能力。

硅胶的制备过程包括多个步骤：首先，硅胶在1:1的NaOH和HCl溶液中进行活化处理，以去除表面杂质并增加其吸附活性；随后，将硅胶浸泡在含有TBP的溶液中，使其与硅胶表面结合；最后，通过过滤、洗涤和干燥等步骤得到最终的吸附剂。该吸附剂在实验中表现出优异的吸附性能，其对钪的吸附容量达到3.54 mg/g，表明其具有较高的吸附能力。

为了进一步研究该吸附剂的性能，实验还考察了吸附过程中的多个参数，包括pH值、吸附时间、吸附剂质量以及溶液中其他元素的干扰情况。结果表明，在pH值为5时，钪的吸附效率最高，达到99.8%。此外，吸附时间在30分钟内即可达到平衡，表明该吸附过程具有较快的动力学特性。吸附剂的质量对吸附效果也有一定影响，实验发现30 mg的吸附剂能够实现最佳的吸附效果。在实验过程中，吸附剂对其他元素如铁、钛、铜等也有一定的吸附能力，但其对钪的吸附选择性较高，能够有效去除这些干扰元素。

### 实验条件的优化

在采用GFAAS进行测定的过程中，实验还对多个仪器参数进行了优化，以确保测定的准确性和重现性。这些参数包括原子化温度、灰化温度、悬浮液的制备条件以及吸附剂的浓度。通过实验发现，当灰化温度设定为800°C时，能够获得最佳的钪信号强度，且在700–850°C范围内，信号强度保持稳定。原子化温度则设定为2400°C，以确保钪的完全原子化和高效检测。

悬浮液的制备是该方法中的关键步骤之一。为了确保吸附剂在悬浮液中的均匀分散，实验采用了1%的Triton X-100作为分散剂。Triton X-100是一种非离子型表面活性剂，能够降低吸附剂与水之间的表面张力，从而提高其分散性和稳定性。实验发现，当悬浮液中Triton X-100的体积为200 μL时，能够获得较高的回收率（99.5%），表明该分散剂的使用对于提高检测效率具有重要作用。

吸附剂的浓度对悬浮液的性能也有显著影响。实验中发现，当吸附剂的浓度为30 mg/mL时，能够实现最佳的吸附效果和回收率。过高的吸附剂浓度可能导致悬浮液不均匀，从而影响检测的准确性和重复性；而过低的浓度则可能无法充分富集钪，导致检测灵敏度下降。因此，30 mg/mL的吸附剂浓度被选为最佳条件。

### 方法的验证与应用

为了验证该方法的准确性和可靠性，研究人员进行了多次重复测定，并计算了相对标准偏差（RSD）。实验结果显示，RSD值均低于1%，表明该方法具有良好的重现性。此外，通过与ICP-AES（电感耦合等离子体发射光谱）进行对比分析，实验数据与ICP-AES的结果高度一致，进一步证明了该方法的准确性。

该方法不仅适用于实验室环境下的高纯度样品分析，还能够成功应用于实际样品的测定。例如，在含钪矿石的检测中，该方法能够在0.1 μg/kg的浓度范围内准确测定钪含量，具有广泛的应用前景。此外，该方法的操作简便，适用于多种复杂基质样品的分析，如水样、土壤、矿石等。

### 方法的优势与前景

与传统的直接测定方法相比，该方法具有显著的优势。首先，它通过固相萃取技术富集钪，有效克服了样品中低浓度和复杂基质带来的干扰问题，提高了检测的灵敏度和选择性。其次，采用GFAAS结合悬浮液注射技术，能够在较小的样品体积下实现高精度的测定，适用于微量分析。此外，该方法的操作步骤相对简单，减少了分析时间，提高了工作效率。

随着对钪需求的增加，该方法的推广和应用具有重要意义。在实际工业生产中，如铝合金制造、催化剂开发以及新能源材料研究等领域，对钪的检测需求日益增长。因此，开发一种高效、准确且操作简便的分析方法，对于钪的资源利用和相关研究具有重要价值。本文提出的方法为钪的检测提供了一种新的思路，有望在未来的分析技术中发挥重要作用。