洛陽(yáng)礦業(yè)集團(tuán)力泰礦業(yè)開(kāi)發(fā)有限公司 董艷利

電感耦合等離子體發(fā)射光譜法測(cè)定
氣相二氧化硅中的鐵、鋁、鈦

洛陽(yáng)礦業(yè)集團(tuán)力泰礦業(yè)開(kāi)發(fā)有限公司 董艷利

研究了用電感耦合等離子體發(fā)射光譜法（ICP-AES）測(cè)定氣相二氧化硅中的鐵、鋁、鈦。樣品經(jīng)硫酸、氫氟酸分解后，利用高沸點(diǎn)硫酸冒煙除去氟、硅等，用鹽酸溶解可溶性殘?jiān)芤哼M(jìn)入等離子體光譜儀采用外標(biāo)法進(jìn)行測(cè)定。本法具有試劑用量少，速度快、靈敏度高，線(xiàn)性范圍寬等優(yōu)點(diǎn)，可用于工業(yè)分析氣相二氧化硅。

電感耦合等離子體發(fā)射光譜法 氣相二氧化硅

氣相二氧化硅俗名氣相白炭黑，是利用氯硅烷經(jīng)氫氧焰高溫水解制得的一種精細(xì)、特殊的無(wú)定形粉體材料，平均原生粒徑約為7-40納米，聚集體粒徑約為200-300納米，比表面積50～380m2/ g，產(chǎn)品純度高，是一種多功能的添加劑，廣泛應(yīng)用于硅橡膠、電木、涂料、油墨、膠體蓄電池等,可起到補(bǔ)強(qiáng)、增稠、觸變、消光、防沉等作用，在食品、醫(yī)藥、化裝品等行業(yè)也有應(yīng)用。金屬雜質(zhì)的存在會(huì)在顏色、毒理性、絕緣耐壓性等方面存在問(wèn)題，國(guó)標(biāo)對(duì)其含量作了明確的限定，因此快速、準(zhǔn)確的測(cè)定其含量非常重要。

現(xiàn)有氣相二氧化硅中金屬雜質(zhì)的測(cè)試方法以火焰原子吸收光譜法（FAAS）為主，該法取樣量多、試劑用量大，測(cè)試速度慢，儀器外圍條件要用到壓縮空氣、乙炔氣、氧化二氮等氣體，比較復(fù)雜。本文在參照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上利用現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，采用電感耦合等離子體發(fā)射光譜法（ICP-AES）快速、準(zhǔn)確測(cè)定了氣相二氧化硅中的鐵、鋁、鈦，進(jìn)而計(jì)算出三氧化二鐵、三氧化二鋁、二氧化鈦的含量。

一、實(shí)驗(yàn)部分

1. 主要儀器及工作參數(shù)。

Opt ima7000DV型電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀（美國(guó)P-E公司）

儀器工作參數(shù)：功率1350W；泵速100r/min；輔助氣流量0.2L/ min；霧化氣流量0.8L/min；樣品沖洗時(shí)間30s；軸向觀測(cè)15mm；積分時(shí)間：3s。

2. 主要試劑。

氫氟酸（ρ1.15g/mL）：GR；鹽酸；（ρ1.19g/mL）：GR；硫酸；（ρ1.84g/mL）：GR

鐵標(biāo)準(zhǔn)溶液：1000μg/mL；鋁標(biāo)準(zhǔn)溶液：1000μg/mL；鈦標(biāo)準(zhǔn)溶液：50μg/mL

純水：18.2MΩ·cm；高純氬：＞99.999%（液氬汽化）

3. 實(shí)驗(yàn)方法。

（1）空白實(shí)驗(yàn)。隨同試樣作空白實(shí)驗(yàn)。

（2）樣品的處理。稱(chēng)取約2g試樣，精確至0.0001g，加入鉑金坩堝中，用2mL水潤(rùn)濕樣品；加入1mL硫酸和10mL氫氟酸，在電熱板上小心蒸發(fā)至糊狀，然后加入5mL氫氟酸蒸發(fā)至干。如果四氟化硅揮發(fā)不徹底，再加入5mL氫氟酸繼續(xù)蒸發(fā)至干。在電爐上加熱剩余物至白煙冒盡，加2.5mL鹽酸和2mL水溶解殘余物，將溶液轉(zhuǎn)移至25mL容量瓶中，用水定容至刻度。

（3）工作曲線(xiàn)的繪制。配制Fe、Al、Ti分別為10μg/mL的混標(biāo)溶液。按下表稀釋為系列標(biāo)準(zhǔn)溶液，介質(zhì)為10%（體積比）的鹽酸。在選定的儀器條件下，將系列標(biāo)準(zhǔn)溶液依次由蠕動(dòng)泵導(dǎo)入，霧化器霧化后進(jìn)入等離子體炬焰中，運(yùn)行分析程序，建立工作曲線(xiàn)。計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度值和對(duì)應(yīng)譜線(xiàn)強(qiáng)度值自動(dòng)給出線(xiàn)性相關(guān)系數(shù)（＞0.999）。

系列工作曲線(xiàn)μg/m L

（4）樣品的測(cè)定。在選定的儀器條件下,將樣品依次導(dǎo)入等離子光譜儀中,由計(jì)算機(jī)給出測(cè)定結(jié)果。如果試樣溶液的cps高于最高標(biāo)準(zhǔn)校正溶液cps的10倍,需用一定體積的稀HCl稀釋測(cè)試溶液，注意記錄稀釋倍數(shù)D。

計(jì)算公式：計(jì)算每種元素的含量

式中:Xi——元素含量，μg/g；Ci——試樣溶液中元素含量濃度,ug/mL(扣出空白后)；V0——試樣溶液的體積，mL；f——轉(zhuǎn)換系數(shù)；D——稀釋倍數(shù)(如果需要稀釋的話(huà))；mo——試樣的質(zhì)量,g；X0——樣品的灼燒減量，%。每種元素氧化物的含量(mg/ Kg)：Yi=Xi·f

二、結(jié)果與討論

1. 溶解酸的選擇。

硅樣品溶解，一般采用硝酸和氫氟酸混合酸，硝酸起氧化作用，氫氟酸起絡(luò)合作用，生產(chǎn)SiF4。對(duì)SiO2來(lái)說(shuō)，只用氫氟酸就可以了。由于溶樣要加熱除氟、除硅，防止迸濺，故可加入少量的硫酸。10%的鹽酸酸度對(duì)采用等離子體光譜測(cè)定金屬雜質(zhì)是一個(gè)很好的選擇。溶樣徹底，重復(fù)性好。

2. 基體效應(yīng)的干擾。

為了保證分析結(jié)果的準(zhǔn)確性，減少由于基體效應(yīng)帶來(lái)的誤差，標(biāo)準(zhǔn)溶液應(yīng)與待測(cè)溶液的基體相匹配。由于氣相二氧化硅純度高，主要成分為SiO2，經(jīng)氫氟酸分解后，硅已除盡，其他元素含量均較低，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，不會(huì)在元素的測(cè)定之間產(chǎn)生干擾，故采用外標(biāo)法直接進(jìn)行測(cè)試。

3. 分析譜線(xiàn)的選擇和檢出限。

型電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀譜線(xiàn)庫(kù)中每個(gè)元素都有多條譜線(xiàn)可以選擇，根據(jù)資料推薦，每個(gè)元素選取兩條譜線(xiàn)用于實(shí)驗(yàn)，通過(guò)對(duì)每條譜線(xiàn)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)溶液和樣品空白測(cè)試后圖譜分析，選擇元素干擾少、強(qiáng)度適中、靈敏度適宜，信噪比高的譜線(xiàn)作為分析線(xiàn)。檢出限按樣品空白溶液10次測(cè)定結(jié)果的3倍標(biāo)準(zhǔn)偏差計(jì)算。

結(jié)果見(jiàn)下表

元素Fe Al Ti波長(zhǎng)（nm）259.940 396.152 334.941檢出限（μg/mL）0.008 0.007 0.007

三、精密度和回收率實(shí)驗(yàn)

四、結(jié)語(yǔ)

由以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，利用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法測(cè)定氣相二氧化硅中的微量鐵、鋁、鈦是可行的，樣品測(cè)定的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差小于5%，樣品加標(biāo)回收率在99.0%—105%，測(cè)試準(zhǔn)確度高，精密度好，滿(mǎn)足分析要求，目前已運(yùn)用于產(chǎn)品分析。

[1] GB/T20020—2005氣相二氧化硅

[2] GB/T14849.4—2009工業(yè)硅化學(xué)分析方法雜質(zhì)元素含量的測(cè)定電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜