酸溶ICP-AES法測定鋁硅系耐火材料中8種次量元素

孟麗麗

（山東省冶金科學(xué)研究院有限公司，山東 濟(jì)南 250014）

1 前言

目前耐火材料中8種次量元素含量的化學(xué)分析均采用國家標(biāo)準(zhǔn)方法，其中CaO采用火焰原子吸收光譜法和EDTA容量法；MgO采用二甲苯胺藍(lán)Ⅰ-溴化十六烷基三甲銨光度法和火焰原子吸收光譜法；K2O和Na2O采用火焰原子吸收光譜法；P2O5采用鉍磷鉬藍(lán)光度法測定；Fe2O3采用鄰二氮雜菲分光光度法；而對于Li2O 和Sr2O 元素，目前尚無標(biāo)準(zhǔn)測定方法。以上各方法分析時間長，步驟繁瑣。本文研究了用酸溶溶解樣品ICP-AES 法測定鋁硅系耐火材料中CaO、MgO、K2O、Na2O、P2O5、Fe2O3、Li2O、Sr2O 元素含量的新方法，確定了最佳的實(shí)驗(yàn)及測定條件，顯著提高了分析的準(zhǔn)確度、精密度和分析速度［1-3］。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 儀器及工作參數(shù)

電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀。儀器工作參數(shù)：等離子體功率1 400 W；氬氣壓力0.8 MPa；霧化器流量0.80 L/min；冷卻氣流量13.00 L/min；輔助氣流量1.00 L/min；積分時間30 s。電子天平（BSA224S-CW）；純水機(jī)（H2O-MM-UV-T）。

2.2 試 劑

鹽酸（ρ1.19 g/mL）、硝酸（ρ1.42 g/mL）、高氯酸（ρ1.67 g/mL）、氫氟酸（ρ1.15 g/mL）；高純氬（體積分?jǐn)?shù)＞99.99%）；實(shí)驗(yàn)室用酸為優(yōu)級純（GR），實(shí)驗(yàn)用水為高純?nèi)ルx子水。

2.3 標(biāo)準(zhǔn)儲備溶液

鈣標(biāo)準(zhǔn)溶液1 00 μg/mL［GBW（E）081277］；鎂標(biāo)準(zhǔn)溶液1 00 μg/mL［GBW（E）081287］；鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液100 μg/mL［GBW（E）081285］；鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液100 μg/mL［GBW（E）081290］；磷標(biāo)準(zhǔn)溶液100 μg/mL［GBW（E）081293］；鋰標(biāo)準(zhǔn)溶液100 μg/mL［GBW（E）081286］；鍶標(biāo)準(zhǔn)溶液100 μg/mL［GBW（E）081301］。

2.4 實(shí)驗(yàn)方法

2.4.1 實(shí)驗(yàn)條件選擇

（1）儀器測量條件。選擇混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，進(jìn)行了等離子體功率、霧化器流量、積分時間、泵速、霧化器壓力等實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)表明，隨著霧化壓力的減小，各分析元素強(qiáng)度增加變化不明顯，霧化氣壓力過低，穩(wěn)定性變差；霧化器流量增大元素強(qiáng)度明顯降低，故選擇0.80 L/min最佳。泵速減小強(qiáng)度降低，泵速增加強(qiáng)度升高，在2.00 mL/min為最好。積分時間在5～40 s，各分析元素的強(qiáng)度變化不明顯，30 s時最好。RF 功率分別在1 200、1 300、1 400、1 500、1 600 W進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。結(jié)果顯示：低功率時，各元素強(qiáng)度均降低很多；功率過高時強(qiáng)度升高但穩(wěn)定性差。綜合考慮穩(wěn)定性、靈敏度和測定元素的相關(guān)性，確定儀器測量條件為：等離子體功率1 400 W；氬氣壓力0.8 MPa；霧化器流量0.80 L/min；冷卻氣流量13.00 L/min；輔助氣流量1.00 L/min；積分時間30 s。

（2）溶樣酸及酸度。試樣采用鹽硝酸、氫氟酸分解后，冒高氯酸煙至近干后加鹽酸溶解。對溶樣酸鹽酸、氫氟酸、硝酸、高氯酸的用量進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。本方法實(shí)驗(yàn)加入3、5、10、15、20 mL，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，硝酸和高氯酸用量多少IR 值無明顯波動，鹽酸和氫氟酸加入3 mL 和5 mL 時樣品溶解不完全，10 mL、15 mL 溶解完全時IR 值無明顯區(qū)別，20 mL 時引入的空白大。考慮到酸用量10 mL 以下樣品溶解不完全及用量20 mL 時，會引入所測元素的試劑空白，而且由于酸度過大譜線強(qiáng)度減弱，故采用10～15 mL 即可。本實(shí)驗(yàn)用酸量為13 mL 鹽酸、硝酸、氫氟酸，且分兩次加入溶解樣品。

（3）樣品處理。將試料置于鉑皿中（若無鉑皿，也可用聚四氟乙烯燒杯），用少量水潤濕，沿壁加入10 mL 鹽酸，調(diào)壓150 V 于電熱板上加熱溶解30 min，取下稍冷加入5 mL 硝酸、10 mL 氫氟酸、5 mL高氯酸，加熱分解至冒盡白煙。取下，稍冷，用水沖洗鉑皿（聚四氟乙烯燒杯）壁。加入3 mL 鹽酸、3 mL 硝酸、3 mL 氫氟酸、3 mL 高氯酸、3 mL 氫氟酸，繼續(xù)加熱至白煙冒盡，取下，冷卻。加入3 mL 鹽酸，沿壁吹水加熱溶解鹽類。取下冷卻至室溫后移入50 mL 容量瓶中，以水稀釋至刻度混勻靜置（干過濾）備用，隨同試樣做空白實(shí)驗(yàn)，在ICP-AES（電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀）上進(jìn)行測定。

2.4.2 工作曲線繪制

于空白試液中加入標(biāo)準(zhǔn)溶液，在選定的最佳儀器條件下將系列標(biāo)準(zhǔn)溶液引入等離子體中，運(yùn)行分析程序，建立工作曲線，以譜線強(qiáng)度值為y軸，分析元素的濃度為x軸，由儀器配套的計(jì)算機(jī)程序軟件自動給出線性相關(guān)系數(shù)（＞0.999），系列溶液工作曲線見表1，工作曲線繪制見表2。

表1 系列工作曲線 μg/mL

表2 工作曲線繪制

3 結(jié)果與討論

3.1 基體效應(yīng)的消除

試液基體的不同將導(dǎo)致結(jié)果不一致，基體對譜線強(qiáng)度有影響，一般會疊加加強(qiáng)。故配制混合標(biāo)準(zhǔn)溶液時，應(yīng)稱取與試樣中含量接近高純鋁進(jìn)行基體匹配，有效地消除基體效應(yīng)。

3.2 分析譜線的選擇

在發(fā)射光譜儀的譜線庫中查看各元素的強(qiáng)度信息和譜線干擾，根據(jù)樣品的含量高低，選擇強(qiáng)度適宜的譜線。將所測定的系列工作曲線標(biāo)液進(jìn)行譜圖疊加，選擇干擾少的譜線作為分析譜線，并進(jìn)行了背景校正，故本法選擇的最佳分析譜線波長。分析時，為使分析結(jié)果的可靠性更好一些，可選一條分析譜線，也可選兩條譜線進(jìn)行分析對比。具體分析線波長的選擇結(jié)果見表3。

表3 分析線波長 nm

3.3 檢出限及測定下限

空白進(jìn)行了10 次測量，得到檢測結(jié)果見表4。以試劑空白溶液10 次測定結(jié)果的3 倍標(biāo)準(zhǔn)偏差作為檢出限，10倍標(biāo)準(zhǔn)偏差作為方法的測定下限。

表4 檢出限及測定下限 %

4 精密度、準(zhǔn)確度及回收率實(shí)驗(yàn)

4.1 正確度和精密度

對美國NIST 編號為77a 的耐火材料標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)進(jìn)行10 次測量，結(jié)果如表5 所示，計(jì)算各元素的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD），證明本實(shí)驗(yàn)室運(yùn)用該標(biāo)準(zhǔn)檢測具有較高的正確度和精密度。

表5 正確度和精密度實(shí)驗(yàn) %

4.2 回收率

以77a 的耐火材料標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)為基體，分別加入標(biāo)準(zhǔn)溶液，按照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測定，分析結(jié)果如表6所示。

表6 回收率實(shí)驗(yàn) %

通過加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)計(jì)算各元素的回收率在97%～102%，符合95%～105%的基本要求，證明本實(shí)驗(yàn)室運(yùn)用該標(biāo)準(zhǔn)檢測回收率良好。

5 結(jié)語

（1）在選定的條件下，對熔劑用量、浸出酸選擇及用量、譜線的選擇、基體的干擾做了大量實(shí)驗(yàn)，對鋁硅系耐火材料中的8 種次量元素進(jìn)行了同時測定。

（2）本方法具有靈敏度高、試劑用量少、線性范圍寬等優(yōu)點(diǎn)。方法檢出限低，精密度高，結(jié)果準(zhǔn)確可靠。縮短了檢測時間，提高了工作效率。