電感耦合等離子體原子發射光譜法測定焦炭中的磷

張 莉

（山東省冶金科學研究院，山東 濟南250014）

1 前言

焦炭中磷的測定方法通常使用光度法（GB/T 212—2003煤中磷的測定方法），但是由于磷鉬藍的穩定性差，測定時對試劑和操作等都有很高的要求，并且測量過程繁瑣，速度慢。而電感耦合等離子體原子發射光譜法（ICP-AES）具有靈敏度高、分辨率好、準確度高、線性范圍寬、檢出限低等特點，應用日益廣泛［1］。

本研究提出利用ICP-AES分析測定焦炭中的磷，對影響測定的各種因素進行分析，確定了樣品的溶解條件、儀器的最佳工作參數和最佳分析線，方法快速、簡便、靈敏度高，檢出限以磷元素計算達0.010 μg/mL，標準加入回收率在98.7%～101.4%。

2 實驗部分

2.1 主要儀器和工作條件

電感耦合等離子體發射光譜儀IRIS IntrepidⅡXSP(Thermo)；電子天平CP124S，感量0.1 mg（Sartorius）。儀器工作條件：高頻輸出功率RF功率1 150 W；氬氣壓力0.5 L/min；霧化壓力17.2×104Pa；輔助氣流量0.5 L/min；樣品沖洗時間30 s；沖洗泵速1.85 L/min；分析泵速1.85 L/min；沖洗時間30 s；積分時間短波5 s，長波10 s。

2.2 主要試劑

硝酸（ρ約1.42 g/mL）；鹽酸（ρ約1.19 g/mL）；氫氟酸（ρ約1.13 g/mL）；高氯酸（ρ約1.67 g/mL）。以上試劑均為優級純。磷標準溶液100 μg/mL，山東省冶金科學研究院配制，濃度為1 000 μg/mL：取25.00 mL該母液，稀釋10倍，配成250 mL濃度為100 μg/mL磷標準工作液。氬氣為鋼瓶裝高純氬（純度為99.99%），實驗用水均為三級水。

2.3 實驗方法

2.3.1 樣品的處理

準確稱取1.000 0 g空氣干燥試樣于灰皿中，按照焦炭工業分析測定方法（GB/T 2001—1991）的要求進行灰化，冷卻后將灰渣全部轉入聚四氟乙烯燒杯中，用少許水潤濕，防止灰飛出。加5 mL HNO3、5 mL HF于可調壓電熱板上低溫加熱溶解，待試樣基本清透后加5 mL HClO4蒸發至近干，取下稍冷，加30 mL水溶解鹽類。冷卻至室溫后轉入100 mL容量瓶，稀釋至刻度，搖勻。若有沉淀用中速濾紙干過濾，然后將試液引入等離子體光源進行測定。

2.3.2 工作曲線的繪制

采用標準溶液加試劑空白打底，依次加入磷標準溶液（見表1），按上述實驗方法處理，配制成不同含量梯度的標準系列。將標準溶液依次導入等離子火炬中進行曲線校正，根據輸入的標準溶液濃度值和測定對應譜線的強度值，由計算機自動給出線性相關系數，相關系數達到0.999 8。

表1 磷標準工作液的加入量

3 結果與討論

3.1 儀器最佳工作參數的選擇

按實驗方法配制一試劑空白溶液，加入100 μg磷標準溶液，以水定容至100 mL容量瓶中，將該溶液引入ICP光源，分別考察在不同RF發射功率、霧化器壓力、輔助氣流量、分析泵速、積分時間等實驗條件下磷元素光譜強度的變化情況。由實驗可知：當RF功率1 150 W時，磷元素發射光強度大且信背比較高，因此實驗選擇1 150 W；霧化壓力在17.2×104Pa時，譜線有較大強度；輔助氣流量為0.5 L/min時其信號強；分析泵速的改變對測試結果沒有明顯的影響，選擇1.85 L/min；積分時間的選擇是以磷元素的分析精度來衡量的，經過實驗確定最佳積分時間為短波5 s，長波10 s。

3.2 溶樣條件的選擇

分別使用HCl和HF、HNO3和HF溶解后冒HC-lO4煙以及H2SO4和HF溶解樣品做試驗，結果發現采用HNO3和HF溶解樣品后加HClO4冒煙效果較好，大部分試樣能清透，不需要再進行過濾處理。所以選擇HNO3、HF溶樣，再冒HClO4煙，但是一定注意不要蒸干，否則會使可溶性的磷酸鹽變成不溶性的磷的氧化物，使得結果偏低。

3.3 分析譜線的選擇

分析譜線的選擇直接影響到測定結果的準確性以及分析方法的可信度，因此，待測元素波長的選擇是分析過程中的重要環節。分析線應選擇靈敏度高、光譜干擾小、強度適中、信背比高的譜線作為待測元素的分析線。分析時，從儀器提供的譜線庫中選擇若干條譜線進行疊加、對照，記錄譜線信號和背景強度。最終選擇213.618 nm作為分析線。

3.4 基體效應和干擾

在焦炭的灰渣中，Si、Ca、Al、Mg的含量較高，Si在樣品處理過程中被揮發掉，Ca、Al、Mg可視為其基體元素。常見的共存元素為Fe、Mn、Ti、K、Na等。實驗中，分別測量已知含量的焦炭標準樣品和以試劑空白打底加入相同量標準溶液的試樣，發現它們的強度是一致的，也就是說焦炭基體對測量的影響很小，可以以試劑空白加標液來做標準曲線。

背景干擾和重疊干擾是通過選擇分析線和調扣背景點來消除或減少的。在分析線兩側的適當位置作同步背景扣除，消除基體、試劑與雜散光等引起的背景干擾及光源噪音，進一步提高了測量的準確度和精密度。

3.5 方法的檢出限、精密度和回收率

按照實驗方法對空白溶液重復測定10次，取3倍標準偏差作為方法的理論檢出限。實驗表明，該方法的檢出限較低，為0.010 μg/mL。取標準樣品GBW11106，重復測量8次，結果見表2。

表2 精密度實驗 %

由表2可知該方法的精密度良好。為驗證方法的準確性，在標準樣品（樣品編號YSBC 28801b-06）中加入一定量的標準溶液后用該方法測定，同時也用磷鉬藍光度法測定，對比結果見表3。

表3 加標回收實驗 %

由表3數據可以看出，該方法的加標回收率在98.7%～101.4%，結果滿意，測量結果與光度法一致，準確性好。

4 結論

采用ICP-AES測定焦炭中的磷，其準確度和精密度好，測定元素的回收率在98.7%～101.4%。本方法簡單快捷，滿足分析和生產的要求。

［1］ 辛仁軒.電感耦合等離子體光源：原理、裝置、和應用［M］.北京：光譜實驗室編輯部，1984.