电感耦合等离子体发射光谱测定碳酸钴中钴含量

2022-03-17陈小罗张丽艳田宗平

中国锰业 2022年1期

陈小罗，叶鹏，张丽艳，秦毅，田宗平，彭君

(湖南省地质实验测试中心，湖南长沙 410007)

0 前言

碳酸钴是一种新兴且基础型的化工产品，是用于制造钴盐、氧化钴、金属钴和制造锂电池正极材料的重要原料[1]，目前市场上主要以工业碳酸钴和碱式碳酸钴等形式销售。由于钴盐和钴的化合物在陶瓷工业中用作着色剂，在采矿工业中用作选矿剂，在有机工业中用于制造催化剂，在军事工业中用作伪装涂料，在化学工业中用作温度指示剂和分析试剂，在农业上用作微量元素肥料等多种用途，文献对该类产品的质量测试、工艺改进和深加工研究有不少报道[2-8]。为契合该类研究对钴含量快速测定的需要，在参考钴的电位滴定法[9]和乙二胺四乙酸二钠(EDTA)滴定法[10-11]的基础上，开展了硝酸溶解试样—电感耦合等离子体发射光谱法快速测定碳酸钴中钴含量的方法研究。

1 试验部分

1.1 主要仪器

美国Thermo Fisher Scientifi公司，ICAP6300型电感耦合等离子体发射光谱仪；德国，赛多利斯，BSA224S电子天平。

1.2 试剂与配制

钴标准溶液，c(Co)=1 mg/mL，介质为φ(HNO3)=1%，中国计量科学研究院研制，编号GBW08613；盐酸(GR,ρ=1.19)；硝酸(GR,ρ=1.40)；高纯氩气，纯度大于99.99 %；试验中所用的水均为超纯水(18.25 MΩ)。

1.3 试验方法

1)标准系列溶液的配制

分取c(Co)=1 mg/mL钴单元素溶液标准物质0.0，0.5，1.0，2.0，5.0，10.0 mL分别于100 mL容量瓶中，用5% 的硝酸稀释至刻度，摇匀，备用。

2)样品分解与试料溶液制备

称取1 g(精确至0.000 1 g)样品于200 mL的烧杯中，盖上表面皿，沿杯壁缓慢加入硝酸15 mL，加热至试样分解完全，溶液蒸发至小体积，取下并冷却至室温，加硝酸5 mL，用水冲净表面皿及杯壁并至体积50 mL左右，加热煮沸5 min，冷却后，移入250 mL(V0)容量瓶中，用水稀释至刻度，同时，不加样品，按与试样消解相同步骤和条件进行处理，制备空白溶液，摇匀。

移取上述溶液各10.0 mL(V1)分别于250 mL(V)容量瓶，加10 mL硝酸，再用水稀释至刻度，同时，制备空白溶液。

3)测定步骤

设定好仪器室环境参数条件和仪器工作条件，待电感耦合等离子体发射光谱仪预热完成和环境条件满足测定要求后，进行空白溶液、标准系列溶液和试料溶液测定，由仪器硬件和软件系统直接记录测定数据，计算试料中钴的质量分数。

4)结果计算

试料中钴的质量分数按照式(1)计算：

(1)

式(1)中：w(Co)为试料中钴的质量分数，%；c1为从标准曲线上查得的试料溶液中钴的质量浓度，μg/mL；c0为从标准曲线上查得的空白溶液中钴的质量浓度，μg/mL；V为测试溶液体积，mL；V0为试料溶液总体积，mL；V1为分取试料溶液体积，mL；m为试料质量，g。

2 结果与讨论

2.1 仪器条件设定与测定

为保障测定数据的科学和准确，整个测定过程必须保持仪器在正常且稳定的环境和工作条件下进行，并能正确操作和使用。

环境条件：室内温度25 ℃±5 ℃，湿度≤70%。

工作条件：RF功率1.20 kW，等离子气流速为14.0 L/min，辅助气流速1.0 L/min，雾化气流速0.60 L/min，蠕动泵泵速50.0 r/min，进样时间20 s。

开机与测定：按顺序开启通风系统、空气压缩机、氩气、循环水、计算机和OES主机。检查氩气气体压力和排风系统；开启蠕动泵，冲洗并观察管路通畅情况；点燃等离子体，待仪器稳定30 min以上，调整仪器最优化工作条件后进行测定。

2.2 分析谱线的确定

根据仪器内置软件设定的钴(Co)元素测定条件，按照灵敏线、次灵敏线等依次选择性地进行测定、比对和研究，在分析观察每条谱线的背景干扰、测定范围和结果稳定性等因素的情况下，确定本法选择的分析谱线的波长，最终选择碳酸钴中钴含量测定的谱线为228.616 nm。

2.3 标准曲线的绘制

按照试验方法对钴标准系列溶液进行测定，并绘制工作曲线，结果见图1。

图1 钴标准系列工作曲线

由图1可知，标准曲线的线性方程为y=653.453x+2.510,R2=0.999 9,线性范围在0.053～100.0 μg/mL。但在标准系列溶液实际配制和测定中，由于电感耦合等离子体发射光谱仪的高灵敏度，极易检测出配制误差，如果不能确保移取标准的准确和稀释用容量瓶体积的准确，就容易产生偏倚。有效的解决办法就是在配制标准系列溶液前对刻度吸管和容量瓶体积进行校准，保证量值准确；并且要仔细操作，保障分取标准系列溶液的体积准确。