ICP-AES测定镁钙铝钛锆
陶瓷中元素的化学分析多采用容量分析法和分光光度法,在分析过程中常常需要严格控制溶液的各项反应条件,操作较为复杂、繁琐;多元素的同时测定或顺序测定多采用ICP-AES法,它具有灵敏度高、干扰少、线性范围宽等优点而广泛应用于各个行业。由于陶瓷产品具有高密度、耐腐蚀和耐高温等特点,多采用氢氧化钠、碳酸钠、过氧化钠熔样,存在熔剂量多,溶液的盐分较高,ICP检测时,不利于溶液的提取和雾化,背景干扰也较强等不利因素。采用Li2B407熔样,可以明显克服这方面的影响因素,为此,本文参照Walsh J N.推荐的熔样法,改LiBO2为Li2B4O7,用高频熔样ICP-AES法,测定陶瓷中的Mg、Ca、Fe、Al、Ti和Zr等金属元素,经回收验证及比较,证明本法简便、灵敏、快速,切实可行。
陶瓷中元素的化学分析多采用容量分析法和分光光度法,在分析过程中常常需要严格控制溶液的各项反应条件,操作较为复杂、繁琐;多元素的同时测定或顺序测定多采用ICP-AES法,它具有灵敏度高、干扰少、线性范围宽等优点而广泛应用于各个行业。由于陶瓷产品具有高密度、耐腐蚀和耐高温等特点,多采用氢氧化钠、碳酸钠、过氧化钠熔样,存在熔剂量多,溶液的盐分较高,ICP检测时,不利于溶液的提取和雾化,背景干扰也较强等不利因素。采用Li2B407熔样,可以明显克服这方面的影响因素,为此,本文参照Walsh
J
N.推荐的熔样法,改LiBO2为Li2B4O7,用高频熔样ICP-AES法,测定陶瓷中的Mg、Ca、Fe、Al、Ti和Zr等金属元素,经回收验证及比较,证明本法简便、灵敏、快速,切实可行。
1、实验部分
1.1仪器与试剂
IDGS-Ⅲ型等离子体原子发射光谱仪(国产泰伦);pHS-2型酸度计;3371E型高频自动熔样炉及Pt-Au坩埚;所有玻璃器具使用前均用(1+1)HCl浸泡,以防止铁沾污。
标准溶液:用光谱纯的金属氧化物或盐类配成1.000mg/mL的单元素标准贮备液,然后根据不同元素测定的需要,配制成适当浓度的标准溶液(溶液的zui终酸度用盐酸控制在10%以内,以适宜ICP-AES法的测定)。
Li2B4O7、KBr、HCl均为优级纯;水为亚沸蒸馏水。
1.2样品处理
精确称取样品0.4000g于Pt-Au坩埚中,加2.000g固体Li2B407,约60mg的KBr,搅匀,在高频炉上自动熔样,冷却,将熔好的熔珠扣出,放入一加有30ml盐酸和50ml水的烧杯中,在电热板上加热至熔珠完全溶解,试液清澈透明,取下冷却,转移至500ml容量瓶中,定容,溶液的酸度尽可能与各标准溶液的酸度一致,以消除酸度对分析结果的影响,同时配制空白溶液一份,待测。
2、结果与讨论
2.1试样的分解
陶瓷样品多采用无水Na2CO3和H2B4O7熔解,须用小火烘焙除去水分再在高温下熔融,然后用稀盐酸小心加热溶解。操作步骤繁多,费力费时,引入试剂较多。由干碱金属的硼酸盐具有很好的熔解能力,故本文选用Li2B4O7,它较LiBO2成本低,熔融体流动性大,易成球易脱落,且本文用高频电感熔样,温度高速度快,6min即可制得样品熔珠,KBr的存在,使熔珠更容易脱离坩埚,在酸溶液中自动溶解。
2.2仪器的工作参数的优化
高频炉:熔解时间3min,摇转时间3min。
ICP-AES工作参数主要指高频发生器的入射功率、载气压和观察高度。这些参数与元素的物理化学性质有着复杂的关系,一般只能通过试验方法进行选择。取标准溶液,考察载气量及功率的影响,在不同的条件下测背景等效浓度(BEC),根据BEC同时为zui小时的条件为工作条件。本文确定的优化条件为:选择射频功率1200W,载气1.2Lmin,冷却12Lmin,等离子气1.2Lmin,净化气3.0Lmin,观察高度15mm,积分时间3s(取3次测量平均值)。
2.3分析线的选择
用混合标准溶液在各分析线波长处依次扫描并做对照。根据计算机显示的谱线及背景的轮廓和强度值,本文选择分析线为:Mg
285.213nm、Ca 317.933nm、Fe 238.204nm、Al396.152nm、Ti 334.941nm、Zr
343.823nm。
2.4元素间的干扰
2.4.1 HCl的干扰
HCl的干扰较小,尽管如此,本文向校准曲线溶液加入与试样溶液同等浓度的HCl以匹配,消除盐酸的干扰。
2.4.2 Li2B4O7的干扰
由于在实验过程中引入了大量碱金属Li,考察了碱金属Li对待测元素的光谱干扰,结果表明,碱金属Li作为基体在常规观测域对待测元素Ca、Fe、Al有明显的增感效应,因此,必须在绘制校准曲线时进行基体匹配。
2.4.3 待测元素间的干扰
考察了高含量元素Al对低含量元素Mg、Ca、Fe、Ti和Zr的干扰情况,从叠加的扫描图可以看出,Al对所选的分析线不存在明显的光谱干扰,却使部分元素的背景有所改变,在标准溶液中匹配与样品含量相近的Al以消除对测定的影响,分别测定Mg、Ca、Fe、Ti和Zr元素标准溶液(100μgmL)及混合标准工作溶液的谱线强度变化,试验结果经检验,说明Mg、Ca、Fe、Ti和Zr元素间基本无干扰,无须采用标准溶液的匹配。
2.5 方法的检出限
通过谱线扫描选择分析线,绘制标准曲线后,用空白溶液连续测定10次,取3倍标准偏差所对应的浓度为各元素的测出限。本方法测得的检出限见表1 。
表1 方法的检出限(μgmL)
元素 | Mg | Ca | Fe | Al | Ti | Zr |
检出限 | 0.145 | 0.255 | 0.018 | 0.016 | 0.009 | 0.008 |
2.6 样品加标回收及精密度
采用本法对同一陶瓷样品连续测定10次,计算其相对标准偏差,并进行加标回收,其分析结果见表2 。
表2 样品的分析结果
待测 | 测定值 | 标量 | 加标测 | 回收率 | RSD(%) | AAS测 |
Mg | 1.20 | 5.00 | 6.06 | 97.74 | 0.56 | 1.22 |
Ca | 2.16 | 5.00 | 7.30 | 101.96 | 1.01 | 2.09 |
Fe | 0.72 | 2.00 | 2.93 | 107.72 | 0.82 | 0.75 |
Al | 17.33 | 20.00 | 35.68 | 95.60 | 2.35 | 17.30 |
Ti | 6.95 | 10.00 | 17.25 | 101.70 | 3.40 | 7.03 |
Zr | 1.17 | 5.00 | 5.87 | 95.14 | 0.97 | 1.21 |
3、结论
从本方法的精密度、回收率以及与原子吸收法的结果数据比较来看,本方法可有效测定陶瓷中的多种元素,具有较高的精密度和准确度。