酸溶ICP-AES法测定铝硅系耐火材料中8种次量元素
2022-01-08孟丽丽
孟丽丽
(山东省冶金科学研究院有限公司,山东 济南 250014)
1 前言
目前耐火材料中8种次量元素含量的化学分析均采用国家标准方法,其中CaO采用火焰原子吸收光谱法和EDTA容量法;MgO采用二甲苯胺蓝Ⅰ-溴化十六烷基三甲铵光度法和火焰原子吸收光谱法;K2O和Na2O采用火焰原子吸收光谱法;P2O5采用铋磷钼蓝光度法测定;Fe2O3采用邻二氮杂菲分光光度法;而对于Li2O 和Sr2O 元素,目前尚无标准测定方法。以上各方法分析时间长,步骤繁琐。本文研究了用酸溶溶解样品ICP-AES 法测定铝硅系耐火材料中CaO、MgO、K2O、Na2O、P2O5、Fe2O3、Li2O、Sr2O 元素含量的新方法,确定了最佳的实验及测定条件,显著提高了分析的准确度、精密度和分析速度[1-3]。
2 实验部分
2.1 仪器及工作参数
电感耦合等离子体发射光谱仪。仪器工作参数:等离子体功率1 400 W;氩气压力0.8 MPa;雾化器流量0.80 L/min;冷却气流量13.00 L/min;辅助气流量1.00 L/min;积分时间30 s。电子天平(BSA224S-CW);纯水机(H2O-MM-UV-T)。
2.2 试 剂
盐酸(ρ1.19 g/mL)、硝酸(ρ1.42 g/mL)、高氯酸(ρ1.67 g/mL)、氢氟酸(ρ1.15 g/mL);高纯氩(体积分数>99.99%);实验室用酸为优级纯(GR),实验用水为高纯去离子水。
2.3 标准储备溶液
钙标准溶液1 00 μg/mL[GBW(E)081277];镁标准溶液1 00 μg/mL[GBW(E)081287];钾标准溶液100 μg/mL[GBW(E)081285];钠标准溶液100 μg/mL[GBW(E)081290];磷标准溶液100 μg/mL[GBW(E)081293];锂标准溶液100 μg/mL[GBW(E)081286];锶标准溶液100 μg/mL[GBW(E)081301]。
2.4 实验方法
2.4.1 实验条件选择
(1)仪器测量条件。选择混合标准溶液,进行了等离子体功率、雾化器流量、积分时间、泵速、雾化器压力等实验。实验表明,随着雾化压力的减小,各分析元素强度增加变化不明显,雾化气压力过低,稳定性变差;雾化器流量增大元素强度明显降低,故选择0.80 L/min最佳。泵速减小强度降低,泵速增加强度升高,在2.00 mL/min为最好。积分时间在5~40 s,各分析元素的强度变化不明显,30 s时最好。RF 功率分别在1 200、1 300、1 400、1 500、1 600 W进行实验。结果显示:低功率时,各元素强度均降低很多;功率过高时强度升高但稳定性差。综合考虑稳定性、灵敏度和测定元素的相关性,确定仪器测量条件为:等离子体功率1 400 W;氩气压力0.8 MPa;雾化器流量0.80 L/min;冷却气流量13.00 L/min;辅助气流量1.00 L/min;积分时间30 s。
(2)溶样酸及酸度。试样采用盐硝酸、氢氟酸分解后,冒高氯酸烟至近干后加盐酸溶解。对溶样酸盐酸、氢氟酸、硝酸、高氯酸的用量进行了实验。本方法实验加入3、5、10、15、20 mL,实验发现,硝酸和高氯酸用量多少IR 值无明显波动,盐酸和氢氟酸加入3 mL 和5 mL 时样品溶解不完全,10 mL、15 mL 溶解完全时IR 值无明显区别,20 mL 时引入的空白大。考虑到酸用量10 mL 以下样品溶解不完全及用量20 mL 时,会引入所测元素的试剂空白,而且由于酸度过大谱线强度减弱,故采用10~15 mL 即可。本实验用酸量为13 mL 盐酸、硝酸、氢氟酸,且分两次加入溶解样品。
(3)样品处理。将试料置于铂皿中(若无铂皿,也可用聚四氟乙烯烧杯),用少量水润湿,沿壁加入10 mL 盐酸,调压150 V 于电热板上加热溶解30 min,取下稍冷加入5 mL 硝酸、10 mL 氢氟酸、5 mL高氯酸,加热分解至冒尽白烟。取下,稍冷,用水冲洗铂皿(聚四氟乙烯烧杯)壁。加入3 mL 盐酸、3 mL 硝酸、3 mL 氢氟酸、3 mL 高氯酸、3 mL 氢氟酸,继续加热至白烟冒尽,取下,冷却。加入3 mL 盐酸,沿壁吹水加热溶解盐类。取下冷却至室温后移入50 mL 容量瓶中,以水稀释至刻度混匀静置(干过滤)备用,随同试样做空白实验,在ICP-AES(电感耦合等离子体发射光谱仪)上进行测定。
2.4.2 工作曲线绘制
于空白试液中加入标准溶液,在选定的最佳仪器条件下将系列标准溶液引入等离子体中,运行分析程序,建立工作曲线,以谱线强度值为y轴,分析元素的浓度为x轴,由仪器配套的计算机程序软件自动给出线性相关系数(>0.999),系列溶液工作曲线见表1,工作曲线绘制见表2。
表1 系列工作曲线 μg/mL
表2 工作曲线绘制
3 结果与讨论
3.1 基体效应的消除
试液基体的不同将导致结果不一致,基体对谱线强度有影响,一般会叠加加强。故配制混合标准溶液时,应称取与试样中含量接近高纯铝进行基体匹配,有效地消除基体效应。
3.2 分析谱线的选择
在发射光谱仪的谱线库中查看各元素的强度信息和谱线干扰,根据样品的含量高低,选择强度适宜的谱线。将所测定的系列工作曲线标液进行谱图叠加,选择干扰少的谱线作为分析谱线,并进行了背景校正,故本法选择的最佳分析谱线波长。分析时,为使分析结果的可靠性更好一些,可选一条分析谱线,也可选两条谱线进行分析对比。具体分析线波长的选择结果见表3。
表3 分析线波长 nm
3.3 检出限及测定下限
空白进行了10 次测量,得到检测结果见表4。以试剂空白溶液10 次测定结果的3 倍标准偏差作为检出限,10倍标准偏差作为方法的测定下限。
表4 检出限及测定下限 %
4 精密度、准确度及回收率实验
4.1 正确度和精密度
对美国NIST 编号为77a 的耐火材料标准物质进行10 次测量,结果如表5 所示,计算各元素的相对标准偏差(RSD),证明本实验室运用该标准检测具有较高的正确度和精密度。
表5 正确度和精密度实验 %
4.2 回收率
以77a 的耐火材料标准物质为基体,分别加入标准溶液,按照标准进行测定,分析结果如表6所示。
表6 回收率实验 %
通过加标回收实验计算各元素的回收率在97%~102%,符合95%~105%的基本要求,证明本实验室运用该标准检测回收率良好。
5 结语
(1)在选定的条件下,对熔剂用量、浸出酸选择及用量、谱线的选择、基体的干扰做了大量实验,对铝硅系耐火材料中的8 种次量元素进行了同时测定。
(2)本方法具有灵敏度高、试剂用量少、线性范围宽等优点。方法检出限低,精密度高,结果准确可靠。缩短了检测时间,提高了工作效率。