趙建清　王立花

摘 要：本文介紹了用火焰光度計，采用濃度直讀法，以純水為校正零點，10 μg/mL鉀、鈉、鋰混合溶液為校準儀器的最高顯示值，探討了粘土中堿含量快速測定的方法。同時，闡述了在測定過程中的影響因素及注意事項。

關鍵詞：粘土；堿含量；快速測定方法；火焰光度法；影響因素

1 引言

各種粘土質原料中都含有鉀、鈉、鋰成份，不論是在生產過程中，還是在使用中，鉀、鈉、鋰都是一種控制成分。在生產過程中，鉀、鈉、鋰一部分高溫揮發(fā)；一部分富集于煅燒系統(tǒng)。隨著產品透鋰長石含量的增加，熱膨脹系數(shù)相應增大。因此，了解原料中鉀、鈉、鋰的含量，具有重要的意義。

目前，按照分析方法標準，測定均采用火焰光度法。因為此方法具有操作簡便、速度快、測定結果準確，并適用于大批試樣的分析等優(yōu)點。所以，本文僅介紹火焰光度法的測定方法及注意事項。

2 火焰光度法測定的原理

火焰光度法是用火焰激發(fā)被測元素，并以光電系統(tǒng)測量被測元素產生的譜線強度的一種分析方法。試樣經氫氟酸-硫酸處理除去硅，用熱水浸取殘渣，以氨水和碳酸銨分離試樣中的鐵、鋁、鈣、鎂等成份。而濾液中的鉀、鈉、鋰成份采用火焰光度計進行測定。

3 儀器使用及方法

3.1 儀器的測定方法及存在問題

目前，測定鉀、鈉、鋰成份使用的儀器是FD-650型火焰光度計，大體上由光源（燃燒系統(tǒng)）、單色器（色散系統(tǒng)）和檢測器三部分組成。儀器構造分燃燒系統(tǒng)、色散系統(tǒng)和檢測系統(tǒng)三部分。燃燒系統(tǒng)由噴霧器、燃燒燈、燃料氣體（汽油、煤氣、液化氣-空氣，火焰溫度約1800 ℃，目前我們采用罐裝液化氣）和助燃氣體（壓縮空氣）。將制備好的試樣溶液經負壓吸入霧化器，形成細霧狀，在火焰中充分燃燒，能級躍遷發(fā)射具有特征波長的譜線；色散系統(tǒng)是通過濾光片將火焰中的復合光分離出鉀、鈉、鋰的特征波長的譜線；檢測系統(tǒng)是用光電池或光電管接受發(fā)射光譜的光強，將其轉換為光電流。光電流的大小取決于譜線的強度，而譜線的強度直接與試樣溶液中被測元素的濃度有關，在一定范圍內有一種簡單的函數(shù)關系，通過繪制標準曲線，可以對未知樣品進行定量測定。

3.2 火焰光度法所存在的問題

火焰光度法雖然靈敏度高，儀器分析過程快捷，但在實際操作中，也存在很多的缺點，主要表現(xiàn)為以下幾個方面：

（1） 試樣溶液制備時間較長：為了得到與標準樣品基本相同的基體溶液，需要進行5～6 h的準備時間。雖然儀器分析過程較快，但整個試樣測定過程需要7～8 h。

（2） 每次測定需要繪制標準曲線做參照。

（3） 按測定標準要求，需用鉑坩堝制備試樣，材料成本較高。

（4） 由于測定過程長，制樣步驟多，測定結果準確性的影響因素較多，系統(tǒng)誤差較大。

3.3 測定方法與改進

眾所周知，任何定量分析儀器都與化學分析方法不同，都需要有一系列參照值，做為準確度驗證的基礎，沒有一臺儀器在沒有準確參照值的情況下會準確測出某物質的含量，火焰光度法測定也不例外。在原方法中，先配制一系列待測元素的標準比對溶液，其濃度范圍一般為0～100 ppm；然后用火焰光度計分別測定每一溶液中待測元素的輻射強度，并以檢流計讀數(shù)與對應的濃度繪制成工作曲線。分析未知含量的試樣時，首先將試樣處理成溶液；然后按繪制工作曲線時的測定條件測出試樣溶液的讀數(shù)，再從工作曲線上查得相應的濃度，并算出被測元素的百分含量。

在日常工作中，我們發(fā)現(xiàn)，在測鉀、鈉、鋰含量較低的被測樣品時，其示值較為穩(wěn)定，線性關系好。但含量較高的粘土質樣品，發(fā)射強度大，火焰很不穩(wěn)定，示值變動性較大，測定誤差大，線性關系不好，其直線關系只在含量較小的范圍內。以氯化鉀、氯化鈉為測量因子，濃度在0～10 μg/mL之間，儀器線性關系較好。因此，筆者采用了濃度直讀法，可使測定區(qū)間限定在一定的范圍內，取消了0～100 μg/mL標準曲線的繪制工序，每次可縮短1～2 h的時間。在儀器上直接將蒸餾水測定值作為校準儀器零點，以含氯化鉀和氯化鈉分別為10 μg/mL的混合溶液校準儀器的最高顯示值，來作工作曲線。

采用以上方法進行測定，由于0～10 μg/mL的濃度區(qū)間較小，在測樣品含量時，讀數(shù)常在曲線上部或超出示值范圍。為了解決這一問題，筆者將試樣溶液制好后，稀釋10倍后再進行吸樣測定，有效地使示值顯示在曲線的中下部，保證了讀數(shù)的準確性。

此外，測定鉀、鈉、鋰要用鉑坩堝進行試樣分解，由于鉑器皿十分貴重，樣品多時，日常管理較難，成本也很大。因此，筆者采用價格比較低廉的聚氟四乙烯器皿，且能保持較好的準確性，代替了昂貴的鉑器皿。減少了貴金屬的使用率，降低了分析成本。

4 火焰光度法的操作步驟

稱取試樣0.0500 g（根據試樣中堿含量的多少確定），精確至0.0001 g，置于聚氟四乙烯器皿中；加少量水潤濕，以及加入10 mL氫氟酸和20滴硫酸（1+1）；放入通風櫥內電熱板上緩慢加熱，蒸發(fā)至干，近干時搖動器皿以防濺失；至白色濃煙完全逸盡后，取下冷卻至室溫；加入15～20 mL熱水，壓碎殘渣使其溶解，加一滴甲基紅指示劑溶液，用氨水（1+1）中和至黃色；再加入10 mL 碳酸銨溶液，進行攪拌；然后放入通風櫥內電熱板上低溫加熱30～40 min。用快速濾紙過濾，以熱水洗滌，濾液及洗液盛于250 mL容量瓶中，冷卻至室溫。用鹽酸（1+1）中和至溶液呈微紅色，用水稀釋至標線，搖勻。在此期間打開火焰光度計進行預熱，調節(jié)至最佳工作狀態(tài)，按儀器使用規(guī)程進行測定。在工作曲線上分別查出每100 mL 試驗溶液中氧化鉀、氧化鈉、氧化鋰的質量。再根據計算公式進行計算。

5 影響火焰光度法準確度的因素

5.1 儀器激發(fā)情況不穩(wěn)定

（1） 儀器要經過充分的預熱（開機20～30 min）方可點火，預熱時間不夠，影響讀數(shù)的重現(xiàn)性。

（2） 調節(jié)燃氣閥使火焰形成30～60 mm的錐形火焰，底部稍帶彎曲的火焰形成穩(wěn)定狀態(tài)。燃氣流量過大，儀器穩(wěn)定性和線性響應變差，過小則容易熄火。因此，調節(jié)應兼顧靈敏度、穩(wěn)定性及線性的響應。

（3） 吸樣量的大小對實驗結果也產生較大影響，吸液量過小，造成結果偏低；吸液量過大，霧化效果差，結果不準確。因此，檢查吸液量應為每分鐘控制在2～3 mL之間。

（4） 用去離子水校零后，用10 ug/mL標準溶液確定高標，使儀器鉀、鈉、鋰通道示值均顯示10.0，則說明曲線已建好。曲線建好后用去離子水和標準溶液分別監(jiān)測儀器的示值的重復性，觀察吸入去離子水能否回零、吸10 ug/mL的標準溶液能否達到10.0，一般監(jiān)測3次，示值在±0.2范圍內波動，即可使用。

5.2 試樣制備的影響

（1） 為了使儀器測定時數(shù)值顯示在曲線中下部位，根據鉀、鈉、鋰含量的經驗值，確定稱樣量。樣品溶液制備好后進行二次稀釋，稀釋倍數(shù)為5～10倍。

（2） 同一次測定使用同一批分析藥品，使用同一容器中的去離子水，因為不同批次的藥品和雜質含量不同，會對分析結果產生一定的影響。

（3） 為了消除試劑中鉀、鈉、鋰離子的影響，每批次測定時都要做空白試驗，計算時減去空白值后代入公式計算。

（4） 在用氨水和碳酸銨分離鐵時，配置的碳酸銨時間過長會影響鈣、鎂含量，致使結果偏高，所以碳酸銨要現(xiàn)用現(xiàn)配。

（5） 做到三個確保：確保分解時白煙充分冒盡方可進入下一步驟，否則結果偏高；確保試樣制備時加熱過程中沒有液體濺出，以及溶液在轉移時沒有損失，否則結果偏低；確保深沉分離后過濾洗滌充分，不然沉淀包裹濾液結果偏低。

6 結論

采用火焰光度法測定粘土堿含量是目前比較常用的方法之一，其具有快速、準確、穩(wěn)定、可靠等優(yōu)點。并且可操作性強，適用于生產例行控制。