火焰光度計應用對堿含量測定研究

邵偉 陳冰倩

摘 要：堿含量主要從水泥生產中帶入，堿含量高有可能產生堿骨料反應，致使水泥混凝土發(fā)生體積膨脹導致工程結構破壞。堿含量主要是氧化鉀和氧化鈉的測定，采用火焰光度法。

關鍵詞：火焰光度計；堿含量；耐久性

混凝土中總堿含量是指鉀鈉含量的總和，鉀和鈉是其中的有害成分，對于公路工程混凝土結構中，堿含量較高導致混凝土體積膨脹進而出現(xiàn)裂縫，混凝土力學性質變差，對混凝土抵抗堿集料反應的耐久性有重大影響，特別是存在堿活性集料的情況下，對于公路的橋梁，隧道路面等結構的使用年限有致命危害，因此，為了保證結構的安全使用，必須同時對堿活性集料及混凝土中的堿含量加以嚴格控制。混凝土中的堿含量來源于水泥、摻合料、水、外加劑等。一般采用火焰光度計進行堿含量測定。

火焰光度法測試原理是依據(jù)試驗工作曲線上的氧化鉀氧化鈉的濃度值，通過測試試驗樣品中的光度值并計算得到樣品堿含量值。火焰光度計主要基于原子發(fā)射原理，以氣體燃燒火焰為光源進行光譜分析。由于不同元素的原子輻射的波長光譜不同，在待測試液的元素原子霧化并被高能態(tài)激發(fā)的過程中，選用合適的濾光片等獎不同元素輻射進行分離后再倍增，最后檢出堿元素含量。在進行外加劑堿含量檢測時，由于外加劑一般為大分子有機材料，在試液制備中溶液黏度影響較大，有可能因霧化效率不佳導致試驗結果偏差。

在按照標準規(guī)范的范圍濃度試液試驗由于火焰光度計的自吸現(xiàn)象，即在試驗激發(fā)中部分原子在火焰高溫部分被發(fā)成的電子在高低能級轉換中釋放能力被火焰外圍冷原子吸收導致制成曲線發(fā)現(xiàn)并非直線。自吸現(xiàn)象隨元素含量高低及輻射強度變化而變化，當元素含量較低時，譜線強度方與元素含量線性表示。試驗的工作標準曲線的彎曲現(xiàn)象以及實驗系數(shù)的偏低現(xiàn)象是導致試驗不準確的罪魁禍首，值得試驗人員為之探討研究。經研究試驗，在試樣待測元素含量較低的情況下一般采用比較法來一定程度上克服火焰光度計自吸現(xiàn)象，以盡量減小實驗誤差。

在火焰光度試驗中，由于一般采用液化氣作為燃料，試驗激發(fā)溫度較低，在此條件下堿金屬元素可以被完全激發(fā)，但也有部分鈣元素和鎂元素在試驗中被部分激發(fā)產生光譜重疊導致出現(xiàn)試驗結果偏高。為消除干擾因素，一般可采用化學分離法分離干擾元素，改善關系曲線。其中最簡單而實用的方法即溶液稀釋法，較高的稀釋度會明顯減少火焰周圍冷原子數(shù)量，從而顯著降低自吸現(xiàn)象，改善試驗結果。此處應注意稀釋不得過度，以免出現(xiàn)更大試驗誤差。

試驗前按要求安裝儀器，安裝完檢查壓力表，調節(jié)空氣過濾減壓閥確認壓力值能夠達到。進行霧化檢查，確認能夠進行正常霧化。試驗前需開機預熱三十分鐘，由于樣品注入的動態(tài)過程，當進樣量確定火焰穩(wěn)定后讀數(shù)方準確，關機時注意先關閉燃氣閥門。

水泥及摻合料檢測取樣時注意取樣數(shù)量，雖然規(guī)范中有關于取樣質量的規(guī)定，但由于各種不同原材料互相有差異，所含堿含量也有高低不同，故因根據(jù)試驗結果偏差調整及稀釋樣品。在試液移取時注意量具選擇，避免量具被溶液腐蝕導致結果偏差。

在試驗檢測操作過程中，為力求試驗結果的準確性，實驗樣品的取樣一定要達到標準，考慮到不同待測試液的鉀鈉堿含量的高低不同，注意最低取樣量的控制，同時，在稱取或量取試液時，可根據(jù)具體情況，體積法與質量法并用，爭取數(shù)據(jù)的精確性。

火焰光度法的測試過程及一起分析過程比較快捷，但是其實驗缺點也很明顯主要體現(xiàn)在試驗所用試液的配置比較耗費時間，并且在每次測試中都需要繪制標準曲線作為試驗結果的參照，如此一來由于試驗過程總時間較長制取步驟較多可能會導致難以預測的實驗解過不準確等。

試驗過程及計算。首先是稱取試驗并濕潤稀釋，加熱蒸發(fā)并保持微微沸騰，冷卻后滴入指示劑，滴加氨水和碳酸銨溶液攪拌，用濾紙過濾后洗滌，試液冷卻后用鹽酸中和并再次用水稀釋，然后用火焰光度計進行規(guī)程試驗。作為定量分析實驗，一定要注意配置待測元素比對溶液的精確，以保證繪制相應濃度的工作曲線的準確。同時注意需要進行空白試驗，試驗結果減去空白實驗結果再代入公式計算。堿含量結果計算。總堿含量=0.658×Xk20+ XNa20。Xk20=C1·n×100/（m×1000）。

由于儀器試驗激發(fā)狀態(tài)會有不穩(wěn)定性，因此在試驗前儀器一定要經過充分預熱；試驗使用的燃氣調節(jié)需要注意通過流量的大小，過大會影響穩(wěn)定性和工作線性，過小則容易影響實驗進程。試液霧化效果也是導致結果偏差的重要一環(huán)，注意吸取試液量的控制。試驗過程中必須注意試驗人員的安全防護，需穿試驗工作服戴好隔熱手套。接觸危險化學藥品必須注意口罩和膠皮實驗手套的穿戴，防止腐蝕及中毒危險。危險藥品的取用需有專人專管，使用專業(yè)試驗工具取用，避免錯取及造成藥品污染。酸性溶液的量取或移取必需十分注意，如不慎灑在桌上或皮膚上應用抹布擦掉，然后用碳酸氫鈉溶液沖洗。堿溶液不慎灑在桌上應用醋酸沖洗，不慎灑在皮膚上應用硼酸溶液沖洗。藥品取用不準用手直接接觸，不得用口鼻接觸藥品或嗅藥品氣味，化學藥品的保管需專人保管并嚴格建立臺賬，不得出現(xiàn)私自取用出現(xiàn)遺失，試驗完畢必須要將化學試劑容器蓋嚴，將試驗臺和室內清理干凈，且將儀器電源切斷。

試驗中要就確保試液分解過程中等到出現(xiàn)的白色煙霧散盡方可進入下一步，否則可能導致試驗結果值偏大，在試液制備及移取過程中盡量避免試液飛濺或試液損失，以避免試驗的結果值偏小。試液的過濾及洗滌過程無比要仔細充分，不得有未過濾干凈的沉淀導致試驗結果值偏小。火焰光度法作為較常用的堿含量檢測方法，其一方面有較為快速和方便的特點，但作為化學定量分析試驗也要求試驗操作者有較為扎實的化學試驗操作基礎及熟練的實驗手法，這些還是需要較為專業(yè)的人員或經過大量的實驗訓練。

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