陸映東,黃誓成,胡永玫,賴馥馨,林 葵
(1.廣西晶聯(lián)光電材料有限責任公司,廣西 柳州545006;2.廣西壯族自治區(qū)冶金產(chǎn)品質(zhì)量檢驗站,廣西 南寧 530023;3.廣西壯族自治區(qū)分析測試研究中心,廣西 南寧 530022)
摻錫氧化銦粉是信息產(chǎn)業(yè)極為重要的基礎(chǔ)材料,主要用于生產(chǎn)ITO靶材[1]。摻錫氧化銦粉中硅的含量是衡量產(chǎn)品品質(zhì)的一個重要指標,根據(jù)工信部2017年行業(yè)標準制修訂計劃(計劃號2017-0136T-YS),我們研究了硅鉬藍分光光度法測定摻錫氧化銦粉中硅的分析方法。硅鉬藍分光光度法是一個經(jīng)典而廣泛采用的測定低含量硅的方法[2-4],具有靈敏度高、分析速度快、測定穩(wěn)定性好等優(yōu)點。本文研究了以氫氧化鈉熔融分解試樣,經(jīng)鹽酸酸化,在稀鹽酸介質(zhì)中,鉬酸銨與硅生成硅鉬黃,以硫酸-草酸-抗壞血酸混合溶液為還原液消除磷砷的干擾,并還原成硅鉬藍,從而建立了硅鉬藍分光光度法測定摻錫氧化銦粉中硅的方法。方法測定范圍:0.0005%~0.010%,相對標準偏差(RSD值,n=11)為1.56%~15.1%,加標回收率在94.0%~101.8%之間。本法具有簡便、快速、準確和重現(xiàn)性好等優(yōu)點,用于實際樣品中硅的測定,結(jié)果令人滿意。
722型分光光度計(上海儀電分析儀器有限公司)。
所用試劑均為分析純,所用水為一級水。硅標準溶液(2μg/mL),鉬酸銨溶液(100g/L)。
還原劑溶液:硫酸(1+3)、草酸(50g/L)和抗壞血酸(20g/L)按8:4:3比例混勻,用時現(xiàn)配。
稱取0.5~1.0g(精確至0.0001g)試樣置于預先盛有2.0g氫氧化鈉的30mL銀坩堝中,覆蓋3.0g氫氧化鈉于表面,移入已升溫至400℃的高溫爐中,繼續(xù)升溫至680℃,熔融5~10min。取出坩堝,冷卻。用水吹洗凈銀坩堝外部后放入400mL聚四氟乙烯燒杯中,加入30mL熱水,低溫加熱浸出完全后用水洗出坩堝。加入1滴酚酞乙醇溶液(10g/L),用鹽酸(1+1)調(diào)至溶液紅色恰好褪去,加入15mL鹽酸(1+1),冷卻至室溫,移入100mL容量瓶中,用水稀釋至刻度,混勻。用中速濾紙干過濾。隨樣做空白試驗。
分取濾液20mL于100mL容量瓶中,用水稀釋至50mL,混勻。加入5mL鉬酸銨溶液,混勻,于20℃~35℃條件下,放置10~15min。加入15mL還原劑溶液,用水稀釋至刻度,混勻,于20℃~35℃條件下,放置10~15min。將部分溶液移入5cm的比色皿中,以隨樣空白試驗顯色溶液為參比,于分光光度計波長810nm處,測量吸光度,從標準曲線上查出相應的硅含量。
移 取 0、0.50、1.00、2.00、3.00、4.00、5.00、6.00mL硅標準溶液于一組100mL容量瓶中,加入3mL鹽酸(1+1),用水稀釋至約50mL,混勻,加入5mL鉬酸銨溶液,混勻,以下按1.2實驗方法進行。將部分顯色溶液移入5cm的比色皿中,以試劑空白為參比,于分光光度計波長810nm處,測量吸光度。以硅含量為橫坐標,吸光度為縱坐標,繪制標準曲線。
樣品中硅含量按式(1)進行計算:
式中:wSi為硅的質(zhì)量分數(shù),%;m1為從標準曲線中查得的硅含量,μg;V0為試液總體積,mL;m0為稱取的試樣質(zhì)量,g;V1為分取試液的體積,mL。
摻錫氧化銦粉生產(chǎn)方法主要有化學共沉淀法和物理機械混合法,化學共沉淀法生產(chǎn)的摻錫氧化銦粉,可以用酸分解,但物理機械混合法制備的摻錫氧化銦粉中含有大量的二氧化錫,難溶于酸。因此,實驗采用氫氧化鈉熔融分解樣品。本文試驗了氫氧化鈉熔劑用量對結(jié)果的影響,結(jié)果表明,5.0g以上的氫氧化鈉可以完全分解樣品,本實驗選擇氫氧化鈉用量為5.0g。
對含4.00μg硅標準溶液按1.3進行顯色,在780~830nm波長范圍內(nèi)進行掃描,結(jié)果表明,在波長810nm處,硅鉬藍溶液的吸光度值最大。本實驗選擇測定波長為810nm。
為了考察鹽酸用量對測定結(jié)果的影響,分別移取5份4.00μg硅標準溶液于100mL容量瓶中,分別加入1.0,2.0,3.0,4.0,5.0mL的鹽酸(1+1),用水稀釋至50mL,混勻。固定其他條件,以下按照1.2實驗方法進行顯色測定,結(jié)果表明,鹽酸(1+1)加入量在2.0~4.0mL時顯色溶液吸光度穩(wěn)定。本實驗選擇鹽酸(1+1)用量為3mL。
為了考察鉬酸銨溶液用量對測定結(jié)果的影響,分別移取6份4.00μg硅標準溶液于100mL容量瓶中,加3mL鹽酸(1+1),用水稀釋至50mL,混勻。分別加入2.0,3.0,4.0,5.0,6.0,7.0mL鉬酸銨溶液,固定其他條件,以下按照1.2實驗方法進行顯色測定,結(jié)果表明,鉬酸銨溶液加入量在4.0~7.0mL時顯色溶液吸光度穩(wěn)定。本實驗選擇鉬酸銨溶液用量為5mL。
為了考察還原劑溶液用量對測定結(jié)果的影響,分別移取5份4.00μg硅標準溶液于100mL容量瓶中,加3mL鹽酸(1+1),用水稀釋至50mL,混勻。分別加入10、12.5、15、17.5、20mL還原劑溶液,固定其他條件,以下按照1.2實驗方法進行顯色測定。結(jié)果表明,還原劑溶液的用量在12.5~20mL時,吸光度基本保持不變。本實驗選擇還原劑溶液用量為15mL。
為了考察硅鉬黃的穩(wěn)定時間對測定結(jié)果的影響和溫度對硅鉬黃顯色的影響,分別移取4.00μg硅標準溶液,加入鉬酸銨溶液后于室溫(20℃和35℃)下分別放置5、10、15、20、25min,固定其他條件,以下按照1.2實驗方法進行顯色測定。結(jié)果表明,在20℃和35℃條件下,硅鉬黃在鉬酸銨加入后形成迅速,放置時間在5~30min,溶液的吸光度基本不變。本實驗選擇在20℃~35℃條件下,硅鉬黃的穩(wěn)定時間為10~15min。
本文考察硅鉬藍溶液在不同溫度下的穩(wěn)定性,分別移取4.00μg硅標準溶液,加入還原劑溶液顯色后于室溫(20℃和35℃)下分別放置5、10、20、30、60、120、240min,固定其他條件,以下按照1.2實驗方法操作。試驗結(jié)果表明,在20℃和35℃條件下,硅鉬藍溶液的吸光度在4h內(nèi)保持穩(wěn)定。本實驗選擇在20℃~35℃條件下,硅鉬藍的顯色時間為10~15min。
摻錫氧化銦粉的原料均為高純物質(zhì),主成分In2O3:85~100%、SnO2:0~15%,主要雜質(zhì)元素為鐵、鋁、鉛、鎳、銅、鎘、鉻、鉈等,其含量均低于0.010%。試驗考察了上述共存元素及磷、砷對測定的影響。
2.7.1 基體元素
表1 方法精密度及方法比對
表2 實驗室間比對試驗(n=11)
本文試驗了摻錫氧化銦粉中In2O3、SnO2的最大量及它們不同的混合配比對硅測定的影響。試驗結(jié)果表明,100%的In2O3和15%的SnO2存在時,硅回收率在91.0%~101%,說明摻錫氧化銦粉中的銦、錫元素對硅測定無明顯干擾。
2.7.2 其他共存元素
本文試驗了摻錫氧化銦粉中其他共存元素對硅測定的影響。試驗結(jié)果表明,顯色溶液中20μg鐵、20μg鋁、20μg鉛、20μg鎳、20μg銅、20μg鎘、20μg鉻、20μg鉈、5μg砷、5μg磷(對應1.0g摻錫氧化銦粉中,鐵、鋁、鉛、鎳、銅、鎘、鉻、鉈各為0.010%,砷、磷各為0.0025%)對硅的測定無影響。
按照實驗方法對摻錫氧化銦粉樣品中硅含量進行加標回收試驗,回收率在94.0%~101.8%之間,符合分析要求。
按照實驗方法測定摻錫氧化銦粉樣品(1、3、4、6)、人工合成摻錫氧化銦粉(2、5)中硅含量,并進行精密度統(tǒng)計、與電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法(ICP-AES)[5]的測定結(jié)果進行比對,結(jié)果見表1。為進一步考察方法的準確度和穩(wěn)定性,我們進行了實驗室間比對,結(jié)果見表2(表2中1#為廣西冶金產(chǎn)品質(zhì)量檢驗站,2#為廣西分析測試研究中心,3#為北礦檢測技術(shù)有限公司)。
由表1、表2可以看出,本方法測定結(jié)果穩(wěn)定,重復性好,合成樣品的測定結(jié)果與理論值相符,本法的測定結(jié)果與ICP-AES方法測定結(jié)果基本吻合。該方法操作簡便,準確可靠。