偏硼酸锂溶解硅酸盐方法的改进

黄　劲，朱　亮，何树艳

（新疆地矿局第一区域地质调查大队实验室，新疆 乌鲁木齐 830013）

·地质与矿业工程·

偏硼酸锂溶解硅酸盐方法的改进

黄劲*，朱亮，何树艳

（新疆地矿局第一区域地质调查大队实验室，新疆 乌鲁木齐 830013）

偏硼酸锂溶矿电感耦合等离子体发射光谱法同时测定硅酸盐中硅铁铝等10种元素的方法是现今做硅酸盐效率较高的方法。但实际做样时，存在操作复杂，熔珠不能完全提取的问题，通过查阅文献和试验，采用热解石墨坩埚作为熔矿器皿能更好的简化操作流程，提高精密度，结果更准确。

电感耦合等离子体发射光谱；硅酸盐；偏硼酸锂；热解石墨坩埚

传统硅酸盐分析方法主要采用银坩埚碱溶和酸溶2种溶矿方式，用重量法、容量法、原子吸收法、比色法等方法测试其中十几项元素[1]。方法较多，流程较长，成本高，近年来由于X射线荧光光谱仪和电感耦合等离子体光谱仪的推广，硅酸盐分析方法逐渐转移到这2种仪器中[2-5]。本次实验主要采用电感耦合等离子体光谱仪进行测定。现有最简单的方法是采用偏硼酸锂熔融[6]，其熔融器皿一般采用自制石墨碳粉模具和光谱纯石墨坩埚[7]，作者首先采用了这2种熔融器皿进行试验，通过比较，提出采取新的熔融器皿。

热解石墨坩埚具有纯度高、致密、透气率低、耐高温、耐强酸、碱腐蚀、抗骤冷、骤热变化、易洗涤等优点。采用热解石墨坩埚，用NaOH、KOH、Na2O2或HF做熔（溶）剂处理的硅酸盐试样，使分析方法变得简便、快捷，并能达到同样的效果[8]。作者采用热解石墨坩埚作为溶矿器皿处理样品，不仅使用次数多，更可使提取更加简单，熔珠能完全溶于提取液中。通过对水系沉积物、土壤、岩石3种国家一级标准物质测试比较，改进后的方法精密度更高，准确度更好。

1　实验部分

1.1仪器耗材及工作参数

仪器：iCAP 6300 Radial型电感耦合等离子体光谱仪（美国赛默飞世尔）；

工作参数：ICP功率1150W，冷却器流量15.0L/min，辅助气流量0.5L/min，雾化器流量0.7L/min，样品冲洗30s，分析最大积分时间：短波15s，长波5s，冲洗泵速100r/min，分析泵速50r/min，泵稳定时间5s。

洁盟JP-040S超声波清洗机；

BS110S电子天平（0.0001g，赛多利斯公司）；

高温电阻炉（最高1200℃，沈阳节能电炉厂）；

光谱纯石墨坩埚；热解石墨坩埚。

1.2标准物质和主要试剂

水系沉积物标准物质：GBW07301a；土壤标准物质：GBW07401；岩石标准物质：GBW07103。

硝酸；盐酸；偏硼酸锂（试剂全为优级纯）。

1.3元素分析谱线的波长

利用仪器性能特点对每个元素选定2～3条不同级次的谱线进行测定，然后分析观察每条谱线的发射强度，再考虑元素的检出限、共存元素对其干扰和该元素的线性范围，选择元素的最佳波长，并校准谱线。各元素分析谱线的波长及参数见表1。

1.4实验方法

1.4.1溶矿方法一

在25mL瓷坩埚中填充2/3石墨粉，用自制的模具，压成坩埚状。样品熔融冷却后，取出熔融块，倒掉石墨粉，瓷坩埚可重复使用。

称取0.1000g样品和0.5000g无水LiBO2于15mL瓷坩埚内，混匀样品，然后转移至制备好的石墨粉坩埚内。将坩埚放入已升温至1000℃的高温马弗炉中，恒温30min后取出，冷却后用镊子取出球状熔融物，放入40mL浓度为10%HNO3的100mL烧杯中，放入超声波清洗器中振动约30min，待熔融物完全溶解后，将烧杯中的溶液转移到100mL容量瓶中，用水稀释至刻度，摇匀待测[9]。

表1　各元素分析波长及谱线级次

1.4.2溶矿方法二

称取0.1000g样品和0.4000g无水LiBO2混匀置于10mL石墨坩埚中，石墨坩埚放入瓷坩埚中并置于1050℃高温炉中熔融15min。取出坩埚，立即将熔珠倒入已备好的有30mL左右的5%的王水100mL烧杯中，将烧杯放入超声波振荡器，待熔盐完全溶解清亮后（约15min），移入50mL容量瓶中，用5%的王水稀释至刻度；从容量瓶中分取15.00mL溶液于25.00mL比色管中，用5%的王水稀释至刻度，摇匀备用[10]。

1.4.3溶矿方法三（改进后）

称取0.1000g样品和0.4000g无水LiBO2混匀置于10mL热解石墨坩埚中，热解石墨坩埚放入瓷坩埚中并置于1150℃高温炉中熔融15min。取出冷却约1min后，将坩埚和熔融的样品一并倒入备好50mL左右5%的王水100mL烧杯中，放入超声波振荡器，待熔盐完全溶解清亮后（约15min），移入100mL容量瓶中；用5%的王水稀释至刻度，摇匀备用。

1.4.4空白及标准工作曲线

准确称取0.4000g无水LiBO2置于以上3种溶矿方式的溶矿器皿中，按照各方法制备空白溶液。采用土壤标准物质GBW07401按各自步骤制备高标溶液。

2　结果与讨论

2.1熔样器皿的选择

方法一用光谱纯碳粉做临时熔样器皿，操作复杂，熔珠易与瓷坩埚接触产生污染且熔珠易包裹碳粉，提取时间长，提取溶液浑浊不清亮，易堵塞雾化器；方法二用光谱纯石墨坩埚做熔样器皿损耗大，一个只能用4次左右，熔珠倒出后底部还有残留且每个样残留量不同，易造成结果偏低精密度差；方法三采用热解石墨坩埚做熔样器皿，操作简单，熔珠能完全溶入溶液中，溶液清亮，且热解石墨坩埚使用次数多（一般可用50次），相对降低了成本。

2.2熔珠冷却的讨论

方法一熔融后冷却至室温再提取，提取时间长，易造成硅酸析出产生白色沉淀使SiO2含量偏低，古丽冰[11]等对熔珠溶解问题进行了专题讨论；方法二不经过冷却直接倒入提取液中提取，在倾倒过程中，易将高温熔珠与烧杯壁接触从而损坏烧杯且在高温条件下不易操作；方法三冷却约1min后熔珠还保持一定温度，和坩埚一起放入提取液中不仅不会使溶液溅射，也便于操作，而且提取时温度高易使熔珠溶解（冷却太长熔珠温度低不易提取，太短温度太高易溅射）。

2.3方法精密度

采用以上3种方法熔融岩石标准物质（GBW07103）12次，提取后上仪器测定，统计其平均值和相对标准偏差用于比较3种方法的精密度，结果见表2。

表2　方法的精密度对比

2.4方法准确度

采用以上3种方法对水系沉积物标准物质GBW07301a、土壤标准物质GBW07401、岩石标准物质GBW07103进行测定，其结果对比见表3。

表3　方法准确度对比

从表2和表3可以看出：改进后的方法三的精密度和准确度均高于方法一和方法二，且操作简单，便于操作。通过大量实际分析样品证明改进后的方法切实可行。

3　结语

通过3种熔矿方法的比较，改进后的方法操作简单易行，相对成本低；通过对水系沉积物、土壤、岩石3种国家一级标准物质测试比较，改进后的方法相对标准偏差RSD%均小于2%相对误差RE%在国家允许范围内均小于前2种方法，分析质量得到很好的提高。

[1]《岩石矿物分析》编委会.岩石矿物分析（第二分册）[M].4版.北京：地质出版社，2011.

[2]张振华，赵朔，曹峰.x射线荧光光谱法熔融制样测定硅酸盐样品中的主、次成分[J].实验室科学，2013，16(2)：6-9.

[3]谭小宁，严志远，贺继春.X-射线荧光光谱仪熔片法测定硅酸盐中主量元素[J].福建分析测试，2006，15(3):23-25.

[4] 张永盛，谭雪英.ICP-AES法同时测定硅酸盐岩石中硅、铝、铁、镁、钙、钛、锰和锆[J].地质实验室，1992，8(6):346-348.

[5] 王松君，王璞珺，常平，甘树才，侯悦.ICP-AES分析技术在岩石样品快速分析中的应用[J].吉林大学学报：理学版，2007，45(6)：1027-1031.

[6]张慧君.岩石全分析中偏硼酸锂熔矿的应用[J].学术论坛，2006(7):150-151.

[7] 朱克勇.偏硼酸锂—石墨粉垫层瓷坩埚熔矿硅酸盐快速系统分析法[J].陶瓷研究，2001，16(4):7-9.

[8]贾立胜，高风光.热解石墨坩埚（PG）在铝矿石和硅酸盐试样中的应用[J].有色金属分析通讯，2002，6(118):21-22.

[9]王龙山，郝辉，王光照，胡建平.偏硼酸锂熔矿—超声波提取—电感耦合等离子体发射光谱法测定岩石水系沉积物土壤样品中硅铝铁等10种元素[J].岩矿测试，2008，27(4):287-290.

[10]马生凤，温宏利，巩爱华，屈文俊，曹亚萍.偏硼酸锂碱熔电感耦合等离子体发射光谱法测定硫化物矿中硅酸盐矿的主成分[J].岩矿测试，2009，28(6):535-540.

[11]古丽冰，邵宏翔，舒桂明.ICP—AES法对硅酸盐测定中Li⁃BO2与样品熔融后玻璃熔珠酸溶解问题的研究[J].光谱实验室，2000，17(5):503-505.

Improvement on the Method of Dissolving the Silicate with Lithium Metaborate

HUANG Jin,ZHU Liang,HE Shu-yan
(Laboratory of the First Regional Geological Survey Brigade of Xinjiang Bureau of Geology and Mineral Resources,Urumqi Xinjiang 830013,China)

Lithium metaborate dissolved mineral inductively coupled plasma emission spectrometry simultaneous determination of silicate in ferrosilicon aluminum and other 10 kinds of element method is now doing silicate with high efficiency.But in practice, there is a problem that the operation is complex and the bead can not be completely extracted.Through the literature and test the author of this paper is to simplify the operation flow,improve the precision and make the results more accurately adopting pyrolytic graphite crucible as melting ware.

inductively coupled plasma atomic emission spectrometry；silicate；lithium metaborate；pyrolytic graphite crucible

P57

B

1004-5716(2016)11-0120-04

2015-11-11

2015-11-11

黄劲（1983-），男（汉族），四川乐至人，工程师，现从事光谱分析和化验测试工作。