鉀鈉水玻璃中鉀鈉比檢測方法的討論

（天津市理化分析中心、天津市半導體技術研究所，天津 300051）

水玻璃是由堿金屬氧化物和二氧化硅結合而成的可溶性堿金屬硅酸鹽材料，又稱泡花堿。水玻璃可根據堿金屬種類分為鈉水玻璃和鉀水玻璃。在焊材領域，根據需要可將二者按比例混合配成鉀鈉水玻璃，其中鉀鈉比（氧化鉀與氧化鈉質量之比）對最終產品質量有很大的影響。本文分別采用電感耦合等離子體原子發射光譜法（ICP-AES）[1,2]與HG/T2830-2009工業硅酸鉀鈉標準方法，同時輔助以X射線熒光光譜法（X-ray），對鉀鈉比進行檢測比較，從而得出實驗結論。

1 實驗部分

1.1 主要儀器

1.1.1 電感耦合等離子體原子發射光譜（ICP-AES）

型號：Prodigy High Dispersion ICP型，生產廠家：美國利曼公司，工作參數：高頻發射功率，1100W；冷卻氣流量，20LPM；輔助氣流量，0.4 LPM；霧化氣流量，30PSI；樣品提升量，1.5mL/min；樣品沖洗時間，30s；積分時間，10s；觀測方式，徑向Radial；測樣次數，8次。

1.1.2 X射線熒光光譜（X-ray）

型號：9900XP上照射順序式，生產廠家：美國賽墨飛世爾公司，應用軟件：UniQuant 5.0。

1.2 試劑及主要器皿

分析操作使用分析純試劑和二次蒸餾水，試劑取用均取自同一瓶。

硝酸（ρ=1.42 g/mL），鹽酸（ρ=1.19 g/mL），氫氟酸（ρ=1.15g/mL），高氯酸（ρ=1.67 g/mL），無水乙醇，鉑坩堝，古氏坩堝。

1.3 標準溶液

1.3.1 標準貯備液（均來自國家鋼鐵材料測試中心鋼鐵研究總院）

C(K)=1000ug/mL，C(Na)=1000ug/mL。

1.3.2 工作標準溶液質量濃度

由鉀鈉標準貯備液，按比例逐級稀釋配制成鉀鈉混和標準工作曲線，酸度為鹽酸1+9。鉀鈉標準工作曲線（μg/mL）：元素M0、M1、M2、M3中，K＆Na質量濃度為：0.00、10.00、100.0 、200.0。

1.4 實驗方法

稱取10.0000g試樣，精確至0.0001g，用水洗入250mL聚四氟乙烯容量瓶中，以水稀釋至刻度，混勻。

HG/T2830-2009工業硅酸鉀鈉標準方法：分取上述試液25.00mL于鉑坩堝中，放在電爐上加熱至體積約為10mL左右，加入氫氟酸25mL繼續加熱至體積約為10mL左右，加10mL高氯酸,于電爐上蒸發至冒白煙近干,取下放冷,加入無水乙醇約25mL,放置30min,用已知重量的恒重古氏坩堝(需預先在電烤箱120℃烘烤40min，放涼稱重)用無水乙醇（99.9%以上）洗滌數次至干凈為止,于120℃的電烤箱內烘干至恒重。計算鉀鈉比。

輔助以X射線熒光光譜法（X-ray）：對古氏坩堝中的沉淀，使用X射線熒光光譜儀進行檢測，檢測結果使用UniQuant 5.0進行分析。

電感耦合等離子體原子發射光譜法（ICPAES）：分取上述溶液2.00mL，于100mL聚四氟乙烯燒杯中，加入少量水，5mL水、5mL硝酸、滴加2mL氫氟酸，加熱至樣品溶解，加入5mL高氯酸加熱至冒白煙，取下冷卻，用水洗杯壁，在加熱至近干，取下，加入5mL鹽酸溶解鹽類，以水定容于100mL容量瓶中，混勻。隨同試料作試劑空白。待電感耦合等離子體原子發射光譜儀穩定后，倒入儀器中檢測。

2 結果與討論

2.1 電感耦合等離子體原子發射光譜法（ICP-AES）中鉀、鈉元素分析線的選擇

按照分析線靈敏度相對較高且背景、共存元素干擾較小的原則，鉀、鈉元素分析線分別為：766.490、589.592。

2.2 電感耦合等離子體原子發射光譜法（ICP-AES）基體效應與譜線干擾

本文采用氫氟酸溶解樣品，高氯酸冒煙揮硅處理，使硅元素基體干擾消除，再通過選擇鉀、鈉元素的不同分析線，進行K(1.0μg/mL)、Na(1.0μg/mL)基體實驗。結果表明：鉀、鈉元素分析線處干擾很小，基本可以忽略。

最佳譜線線性范圍以保證最好線性擬和，研究了各主元素對微量元素的背景干擾程度，確定了各分析元素扣背景的位置（見表），即消除了主元素引起的連續背景干擾。

2.3 電感耦合等離子體原子發射光譜法（ICP-AES）的檢出限和回收率

電感耦合等離子體原子發射光譜法（ICP-AES）根據儀器線性范圍及實際樣品中鉀、鈉元素含量范圍按照1.3.2建立標準工作曲線，曲線回歸方程相關系數均≥0.9999。

應用已建立的標準工作曲線，按照檢出限測定方法，測定空白13次，并計算出鉀、鈉元素的方法檢出限，見表1。

表1 鉀、鈉元素背景校正和方法檢出限（n=13）

于同批樣品中，分別加入10.00mL鉀、鈉標準溶液（C(K)=100μg/mL，C(Na)=100μg/mL。隨同樣品處理，測定其回收率（見表2）。回收率在96.0%～98.0%，相對標準偏差均小于0.6%。

表2 鉀、鈉元素回收率（n=4）

2.4 電感耦合等離子體原子發射光譜法（ICP-AES）與HG/T2830-2009工業硅酸鉀鈉標準方法結果比較

兩種方法對相同樣品多次重復檢測，統計結果比較，見表3。

表3 兩種方法結果比較（n=4）

2.5 X射線熒光光譜法（X-ray）輔助分析，并校正結果

于HG/T2830-2009工業硅酸鉀鈉標準方法古氏坩堝中將沉淀取出，使用X射線熒光光譜法（X-ray）檢測，UniQuant 5.0進行計算，結果發現沉淀中有鈉元素未除凈，經多次實驗計算，K:Na=24%:0.7%，此結果基本恒定。此未除凈的鈉元素形態，經理論推測以氯化鈉形態幾率較高。經過計算將鈉元素按照氯化鈉形態從沉淀中扣除，再重新計算鉀鈉比。結果見表4。

表4 重新計算后兩種方法結果比較（n=4）

2.6 結果分析

HG/T2830-2009工業硅酸鉀鈉標準方法中，古氏坩堝沉淀出現較大偏差；電感耦合等離子體原子發射光譜法（ICP-AES）是檢測鉀鈉比更為有效、快速、準確的方法。

[1]Ebert K H.Analysis of Portland Cement by ICP-AES[J].Atomic troscopy,1995(3):102-103.

[2]Rao R.N.TaⅡuri M.V.N.K.An overview of recent applications of inductively coupled plasma mass spectrometry[ICP-AES]in determination of inorganic impurities in drugs and pharmaceuticals[J].Journal of Pharmaceutical and Biomedical Analysis,2007.43(1):1-13.