火焰光度计应用对碱含量测定研究

邵伟 陈冰倩

摘 要：碱含量主要从水泥生产中带入，碱含量高有可能产生碱骨料反应，致使水泥混凝土发生体积膨胀导致工程结构破坏。碱含量主要是氧化钾和氧化钠的测定，采用火焰光度法。

关键词：火焰光度计；碱含量；耐久性

混凝土中总碱含量是指钾钠含量的总和，钾和钠是其中的有害成分，对于公路工程混凝土结构中，碱含量较高导致混凝土体积膨胀进而出现裂缝，混凝土力学性质变差，对混凝土抵抗碱集料反应的耐久性有重大影响，特别是存在碱活性集料的情况下，对于公路的桥梁，隧道路面等结构的使用年限有致命危害，因此，为了保证结构的安全使用，必须同时对碱活性集料及混凝土中的碱含量加以严格控制。混凝土中的碱含量来源于水泥、掺合料、水、外加剂等。一般采用火焰光度计进行碱含量测定。

火焰光度法测试原理是依据试验工作曲线上的氧化钾氧化钠的浓度值，通过测试试验样品中的光度值并计算得到样品碱含量值。火焰光度计主要基于原子发射原理，以气体燃烧火焰为光源进行光谱分析。由于不同元素的原子辐射的波长光谱不同，在待测试液的元素原子雾化并被高能态激发的过程中，选用合适的滤光片等奖不同元素辐射进行分离后再倍增，最后检出碱元素含量。在进行外加剂碱含量检测时，由于外加剂一般为大分子有机材料，在试液制备中溶液黏度影响较大，有可能因雾化效率不佳导致试验结果偏差。

在按照标准规范的范围浓度试液试验由于火焰光度计的自吸现象，即在试验激发中部分原子在火焰高温部分被发成的电子在高低能级转换中释放能力被火焰外围冷原子吸收导致制成曲线发现并非直线。自吸现象随元素含量高低及辐射强度变化而变化，当元素含量较低时，谱线强度方与元素含量线性表示。试验的工作标准曲线的弯曲现象以及实验系数的偏低现象是导致试验不准确的罪魁祸首，值得试验人员为之探讨研究。经研究试验，在试样待测元素含量较低的情况下一般采用比较法来一定程度上克服火焰光度计自吸现象，以尽量减小实验误差。

在火焰光度试验中，由于一般采用液化气作为燃料，试验激发温度较低，在此条件下碱金属元素可以被完全激发，但也有部分钙元素和镁元素在试验中被部分激发产生光谱重叠导致出现试验结果偏高。为消除干扰因素，一般可采用化学分离法分离干扰元素，改善关系曲线。其中最简单而实用的方法即溶液稀释法，较高的稀释度会明显减少火焰周围冷原子数量，从而显著降低自吸现象，改善试验结果。此处应注意稀释不得过度，以免出现更大试验误差。

试验前按要求安装仪器，安装完检查压力表，调节空气过滤减压阀确认压力值能够达到。进行雾化检查，确认能够进行正常雾化。试验前需开机预热三十分钟，由于样品注入的动态过程，当进样量确定火焰稳定后读数方准确，关机时注意先关闭燃气阀门。

水泥及掺合料检测取样时注意取样数量，虽然规范中有关于取样质量的规定，但由于各种不同原材料互相有差异，所含碱含量也有高低不同，故因根据试验结果偏差调整及稀释样品。在试液移取时注意量具选择，避免量具被溶液腐蚀导致结果偏差。

在试验检测操作过程中，为力求试验结果的准确性，实验样品的取样一定要达到标准，考虑到不同待测试液的钾钠碱含量的高低不同，注意最低取样量的控制，同时，在称取或量取试液时，可根据具体情况，体积法与质量法并用，争取数据的精确性。

火焰光度法的测试过程及一起分析过程比较快捷，但是其实验缺点也很明显主要体现在试验所用试液的配置比较耗费时间，并且在每次测试中都需要绘制标准曲线作为试验结果的参照，如此一来由于试验过程总时间较长制取步骤较多可能会导致难以预测的实验解过不准确等。

试验过程及计算。首先是称取试验并湿润稀释，加热蒸发并保持微微沸腾，冷却后滴入指示剂，滴加氨水和碳酸铵溶液搅拌，用滤纸过滤后洗涤，试液冷却后用盐酸中和并再次用水稀释，然后用火焰光度计进行规程试验。作为定量分析实验，一定要注意配置待测元素比对溶液的精确，以保证绘制相应浓度的工作曲线的准确。同时注意需要进行空白试验，试验结果减去空白实验结果再代入公式计算。碱含量结果计算。总碱含量=0.658×Xk20+ XNa20。Xk20=C1·n×100/（m×1000）。

由于仪器试验激发状态会有不稳定性，因此在试验前仪器一定要经过充分预热；试验使用的燃气调节需要注意通过流量的大小，过大会影响稳定性和工作线性，过小则容易影响实验进程。试液雾化效果也是导致结果偏差的重要一环，注意吸取试液量的控制。试验过程中必须注意试验人员的安全防护，需穿试验工作服戴好隔热手套。接触危险化学药品必须注意口罩和胶皮实验手套的穿戴，防止腐蚀及中毒危险。危险药品的取用需有专人专管，使用专业试验工具取用，避免错取及造成药品污染。酸性溶液的量取或移取必需十分注意，如不慎洒在桌上或皮肤上应用抹布擦掉，然后用碳酸氢钠溶液冲洗。碱溶液不慎洒在桌上应用醋酸冲洗，不慎洒在皮肤上应用硼酸溶液冲洗。药品取用不准用手直接接触，不得用口鼻接触药品或嗅药品气味，化学药品的保管需专人保管并严格建立台账，不得出现私自取用出现遗失，试验完毕必须要将化学试剂容器盖严，将试验台和室内清理干净，且将仪器电源切断。

试验中要就确保试液分解过程中等到出现的白色烟雾散尽方可进入下一步，否则可能导致试验结果值偏大，在试液制备及移取过程中尽量避免试液飞溅或试液损失，以避免试验的结果值偏小。试液的过滤及洗涤过程无比要仔细充分，不得有未过滤干净的沉淀导致试验结果值偏小。火焰光度法作为较常用的堿含量检测方法，其一方面有较为快速和方便的特点，但作为化学定量分析试验也要求试验操作者有较为扎实的化学试验操作基础及熟练的实验手法，这些还是需要较为专业的人员或经过大量的实验训练。

参考文献：

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