氧化锌压敏陶瓷中铋、锑、钴、镍、锰、铬的研究*——ICP-AES法<br/>

氧化锌压敏陶瓷中铋、锑、钴、镍、锰、铬的研究*——ICP-AES法

2021-09-03管洪素胡馨驰

贵州科学 2021年4期

余航，管洪素，胡馨驰，袁波▲

(1贵州省检测技术研究应用中心，贵州贵阳 550014；2贵州省分析测试研究院，贵州贵阳 550014)

0 引言

氧化锌压敏电阻器(或非线性电阻)一般是由ZnO粉料按不同配比掺杂Bi、Sb、Co、Mn、Cr等金属氧化物，通过常规电子陶瓷制备工艺高温烧结而成[1]。压敏电阻制造工艺中最重要的是ZnO和其他金属氧化物的均匀混合[2-3]。分析陶瓷体中元素含量也可以从一方面判断其均匀程度。电感耦合等离子体原子发射光谱法 (inductively coupled plasma atomic emission spectrometry，简称ICP-AES) 分析技术自20世纪60年代问世以来，便因为其具有的检出限低、基体效应小、精密度高、灵敏度高、线性范围宽以及多元素同时分析等诸多优点而得以广泛应用[4]。本文选用ICP-AES同时测定压敏陶瓷中的铋、锑、钴、镍、锰、铬方法简便快捷，可在压敏陶瓷生产过程中起一定指导作用。

1 实验部分

1.1 主要仪器设备

PerkingElmer Avio500系列电感耦合等离子体发射光谱仪(美国铂金埃尔默)。

1.2 主要试剂

铋、锑、钴、镍、锰、铬标准储备溶液(1 mg/mL)；酒石酸200 g/L；硫酸(优级纯)；硝酸(优级纯)；盐酸(优级纯)；氢氟酸(优级纯)；锌粒(99.999%)。

1.3 实验方法

样品制成粉末状，过100目筛。称取0.5 g试样(精确至0.0002 g)于250 mL烧杯中，用水润湿后加10 mL浓硫酸，高温冒烟分解至溶液澄清后取下冷却。加10 mL水、2 mL酒石酸，定容至100 mL，将试液稀释10倍于100 mL容量瓶，补加2 mL酒石酸，待测。随同试样做空白试验。

1.4 校准曲线

移取不同体积和浓度的铋、锑、钴、镍、锰、铬标准溶液，加1 mL浓硫酸、2 mL酒石酸，定容100 mL，摇匀，配置混合标准溶液系列，见表1。用ICP-AES绘制校准曲线。

表1 混合标准溶液系列(单位：μg·mL-1)Tab.1 Concentration of a series of standard mixturesolutions(μg·mL-1)

2 结果与讨论

2.1 仪器条件的选择

表2 元素的分析谱线Tab.2 Analytical spectral lines of the elements

表3 仪器测定条件Tab.3 Instrument operational conditions

2.2 分解酸的选择

铋、锑、钴、镍、锰、铬几种元素氧化物在一般情况下可溶于盐酸和硝酸。经试验，盐酸、硝酸或者盐酸硝酸加氢氟酸均不能得到满意的效果，最后使用硫酸分解完全。

2.3 介质和酸度的选择

酒石酸和硫酸引入，可能对分析结果产生影响，选择4#标准点的标准溶液，分别加入0～4 mL酒石酸，0～5 mL硫酸，结果见图1、图2。

图1 酒石酸对测定结果的影响Fig.1 Effect of tartaric acid on the determination results

图2 硫酸对测定结果的影响Fig.2 Effect ofsulfuric acid on the determination results

图1可以看出，酒石酸对锑、铋的稳定起较大作用，其他元素则无影响。为保证锑、铋元素充分溶解，选择加入2 mL酒石酸(200 g/L)。

图2可以看出，硫酸对元素测定的影响十分明显，随着硫酸量的增加，测定值也有明显降低，所以样品测试时必须尽量保证硫酸浓度一致。样品稀释后含有1 mL硫酸，所以溶液补加1 mL硫酸。

2.4 基体的影响

氧化锌压敏陶瓷中主要元素是Zn元素，选择4#标准点的标准溶液，依次加入0～125 mg基体锌。从图3可以看出基体对测定元素的影响几乎没有。选择同稀释后样品保持一致加入50 mg基体锌。

图3 锌对测定结果的影响Fig.3 Effect of zincon the determination results(mg)

2.5 方法的检出限和精密度

按实验方法对同一组氧化锌压敏陶瓷进行7次测定，相对标准偏差(RSD，n=7)小于2%，方法重现性好。用补加基体、硫酸、酒石酸的空白试液测定(n=11)，根据所测元素的3倍标准偏差(SD)及工作曲线斜率(k)，计算得出新方法铋、锑、钴、镍、铬检出限均小于0.009 μg/mL，锰检出限小于0.0005 μg/mL，见表4。