不同除酸法對(duì)電感耦合等離子發(fā)射光譜檢測(cè)巖棉酸度系數(shù)的影響

□文/宋 玉

隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，人民的生活水平日益提高，對(duì)環(huán)保節(jié)能綠色的要求也越來(lái)越高；而建筑能耗在人類整個(gè)能源消耗中所占比例高達(dá)30%以上，發(fā)展節(jié)能減排的新型建筑材料刻不容緩。巖棉作為無(wú)機(jī)外墻外保溫建筑材料，具有密度小、導(dǎo)熱系數(shù)低、不燃燒、防火、保溫和吸音等突出優(yōu)點(diǎn)，是符合當(dāng)今中國(guó)低碳、節(jié)能、減排趨勢(shì)的新型節(jié)能材料[1]。

酸度系數(shù)是巖棉及其制品化學(xué)成分中二氧化硅、三氧化二鋁質(zhì)量分?jǐn)?shù)之和與氧化鈣、氧化鎂質(zhì)量分?jǐn)?shù)之和的比值，它的數(shù)值大小直接影響巖棉制品的燃燒性能、導(dǎo)熱系數(shù)等多項(xiàng)指標(biāo)。故GB/T 25975—2010《建筑外墻外保溫用巖棉制品》將酸度系數(shù)作為巖棉驗(yàn)收的指標(biāo)之一。自2018年11月1起，啟用新的酸度系數(shù)檢測(cè)方法[2]，用電感耦合等離子發(fā)射光譜（以下簡(jiǎn)稱“ICP-AES”）儀器法代替之前的化學(xué)滴定法，作為三氧化二鋁、氧化鈣和氧化鎂測(cè)定的仲裁方法。ICP-AES法從未在此領(lǐng)域被使用過(guò)，作為一種與之前截然不同的新檢測(cè)方法，如何保證檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性成為重中之重。

酸溶解是ICP-AES 法消解制備巖棉樣品溶液必不可少的步驟。酸具有黏度大、鹽效應(yīng)大等缺陷，所加酸的黏度越大，濃度越高，樣品溶液的表面張力越大，霧化率越低[3]，檢測(cè)效果越差；氫氟酸還會(huì)腐蝕玻璃，造成儀器的霧化器、霧室及炬管的損傷；所以說(shuō)除酸效果對(duì)ICP-AES法檢測(cè)結(jié)果有著極大影響。本文采用6種不同處理方法進(jìn)行除酸，比較檢測(cè)效果，找到對(duì)ICP-AES法檢測(cè)干擾小、操作簡(jiǎn)便的除酸方法。

1 儀器和試劑

1.1 試劑

本方法所使用水均為去離子水。硝酸、高氯酸、氫氟酸、鹽酸為優(yōu)級(jí)純?cè)噭ｄX、鈣、鎂標(biāo)準(zhǔn)溶液均是1 000 μg/mL的國(guó)家有證標(biāo)準(zhǔn)溶液。

工作曲線溶液：分別移取0、1.00、1.50、2.00、2.50、3.00、3.50、4.00、4.50、5.00 mL 鋁標(biāo)準(zhǔn)溶液和鈣標(biāo)準(zhǔn)溶液以及0、0.50、0.75、1.00、1.25、1.50、1.75、2.00、2.25、2.50 mL鎂標(biāo)準(zhǔn)溶液到100 mL容量瓶中，加入10 mL鹽酸，用水定容。工作曲線溶液濃度見(jiàn)表1。

表1 工作曲線溶液濃度 μg/mL

1.2 儀器

美國(guó)利曼公司的Prodigy XP 型等離子發(fā)射光譜儀，參數(shù)為：RF功率1.1 kW，霧化氣52PSI，泵速1.8 mL/min，縱向觀測(cè)，高度線圈上方1.5 cm。電熱板、電阻絲爐、馬弗爐。

檢測(cè)波長(zhǎng)：鋁 396.152 nm、鈣 317.933 nm、鎂285.213 nm。

2 樣品處理及分析

2.1 樣品處理

準(zhǔn)備6 個(gè)鉑金坩堝，分別向其中加入2.5 mL 鋁標(biāo)準(zhǔn)溶液、1.5 mL鈣標(biāo)準(zhǔn)溶液和2.5 mL鎂標(biāo)準(zhǔn)溶液，再邊搖邊緩慢滴加2 mL 硝酸、2 mL 高氯酸、5 mL 氫氟酸。待鉑金坩堝冷卻到室溫后，采用以下6 種除酸方法進(jìn)行樣品的前處理消解。

1）方法1。將鉑金坩堝置于電熱板上揮發(fā)至干。

2）方法2。將鉑金坩堝置于電熱板揮發(fā)至干，然后繼續(xù)加熱，直至觀察不到白煙冒出。

3）方法3。將鉑金坩堝置于電阻絲爐上揮發(fā)至干。

4）方法4。將鉑金坩堝置于電阻絲爐上揮發(fā)至干，然后繼續(xù)加熱，直至觀察不到白煙冒出。

5）方法5。將鉑金坩堝置于電熱板揮發(fā)至干后，再置于電阻絲爐上繼續(xù)加熱，直到觀察不到白煙冒出。

6）將鉑金坩堝置于電熱板上揮發(fā)至干，然后轉(zhuǎn)移放入馬弗爐中，從低溫開(kāi)始加熱到800 ℃，灼燒1 h。

直到反應(yīng)充分、前處理完全，再取出鉑金坩堝分別加入10 mL鹽酸和10 mL水，置于電熱板上低溫加熱至固體溶解，溶液完全澄清。待溶液冷卻到室溫后，將其移入100 mL容量瓶中，用水定容。理論上每份樣品含鋁25.0 μg/mL、鎂25.0 μg/mL、鈣15.0 μg/mL。

2.2 樣品分析

ICP-AES 儀器有自動(dòng)背景校正功能，按照表1 輸入工作曲線溶液濃度，在譜線圖中選擇背景強(qiáng)度變化平緩、波動(dòng)較小處作為背景扣除點(diǎn)。

按照濃度從低到高的順序依次檢測(cè)工作曲線溶液。當(dāng)工作曲線的線性r≥0.999時(shí)，分別檢測(cè)6份樣品溶液。儀器會(huì)自動(dòng)給出被測(cè)元素的譜線圖以及結(jié)果濃度值。見(jiàn)圖1和表2。

圖1 ICP-AES測(cè)得的譜線

表2 ICP-AES法測(cè)得的鋁、鈣、鎂濃度 μg/mL

3 試驗(yàn)現(xiàn)象

1）方法1。樣品溶液未見(jiàn)沸騰，只有微量白煙冒出。溶液體積隨時(shí)間緩慢減少，直到在坩堝底形成糊狀物。糊狀物干燥后留下薄薄一層白色固體附著在坩堝底。

2）方法2。樣品溶液未見(jiàn)沸騰，只有微量白煙冒出。溶液體積隨時(shí)間緩慢減少，直到消失形成固體。在加熱板上對(duì)坩堝進(jìn)一步加熱后，白煙突然增多變?yōu)闈鉄煟裏熛Ш螅釄宓子斜”∫粚影咨腆w。

3）方法3。樣品溶液劇烈沸騰，不停迸濺，有大量樣品濺在電阻絲爐上。溶液體積迅速減少，最終在坩堝壁上和底部留下分散的白色固體。

4）方法4。樣品溶液劇烈沸騰，不停迸濺，有大量樣品濺在電阻絲爐上。溶液體積迅速減少，至溶液完全消失后，冒出大量白色濃煙。待白煙消失后，坩堝壁上和底部留下分散的白色固體。

5）方法5。樣品溶液未見(jiàn)沸騰，只有微量白煙冒出。溶液體積隨時(shí)間緩慢減少，直到消失形成固體。轉(zhuǎn)移到電阻絲爐上對(duì)坩堝進(jìn)一步加熱后，白煙突然增多變?yōu)闈鉄煟釄宓椎墓腆w開(kāi)始不斷起泡，破裂。待白煙消失后，坩堝底的白色固體有裂痕出現(xiàn)。

6）方法6。樣品溶液未見(jiàn)沸騰，只有微量白煙冒出。溶液體積隨時(shí)間緩慢減少，直到消失形成固體。待坩堝在馬弗爐中灼燒1 h 后，打開(kāi)爐門(mén)有白色刺激性氣體逸出，坩堝底留下白色固體。

4 數(shù)據(jù)處理

6種除酸方法的回收率見(jiàn)表3。

表3 回收率 %

譜線圖的基線飄的越高，表示酸干擾越大；回收率越接近100%，表示檢測(cè)效果越準(zhǔn)確。比較6種除酸方法的譜線圖和回收率可以發(fā)現(xiàn)：

1）基線從低到高分別為方法6≈方法5≈方法4＜方法2＜方法3＜方法1；

2）方法1～3的基線明顯高于方法4～6，可見(jiàn)方法1～3的除酸效果差，不宜采用；

3）方法4～6 的基線高低雖略有差別，但相差不大，基本重合，可見(jiàn)這三種方法除酸效果較好，可以考慮；

4）比較方法4～6的回收率，從高到低分別為方法6≈方法5＞方法4；

5）方法4 的回收率過(guò)小，可見(jiàn)加熱過(guò)程中的迸濺造成了樣品損失，致使檢測(cè)結(jié)果偏低，不宜采用；

6）方法6的基線較低，回收率最好，但馬弗爐設(shè)備購(gòu)置成本高且加熱開(kāi)爐時(shí)有刺激性氣體，對(duì)空氣環(huán)境污染較大，同時(shí)危險(xiǎn)性極高，會(huì)危害檢測(cè)人員人身安全，不宜采用；

7）方法5 的基線也較低，回收率在98%～102%之間，準(zhǔn)確度較高且電阻絲爐便宜好維護(hù)且在通風(fēng)櫥中進(jìn)行，酸霧氣體隨時(shí)被抽排出去，安全性大大有所保證。

5 結(jié)論

為更準(zhǔn)確、快捷地對(duì)巖棉制品的酸度系數(shù)進(jìn)行檢測(cè)，必須選擇一種對(duì)ICP-AES 設(shè)備檢測(cè)影響小、操作簡(jiǎn)便、安全性高的前處理方法。綜合考慮各方面因素，方法5“將鉑金坩堝置于電熱板揮發(fā)至干后，再置于電阻絲爐上繼續(xù)加熱，直到觀察不到白煙冒出”具有除酸效果好，基體干擾小，回收率高，對(duì)ICP-AES設(shè)備腐蝕弱，分析成本低，安全性高，對(duì)人員技術(shù)要求低等優(yōu)點(diǎn)，更適合ICP-AES法檢測(cè)前的除酸處理。