淺析ICP—AES法測定灰?guī)r中的鐵硅鋁元素

包振霞　李娟

摘要：文章通過篩選不同的稱樣量，采用氫氧化鈉溶礦，用濃硝酸處理樣品，用ICP-AES法測定灰?guī)r中Fe、Si和Al三種元素，通過優(yōu)選元素譜線、背景校正區(qū)域以及光譜儀工作條件來使儀器最優(yōu)化。結(jié)果表明，稱樣量為0.1000g最佳，實驗回收率為97.8%～100.6%，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差≤2%（n=10），檢出限≤0.04μg/mL。該方法測定灰?guī)r組分中Fe、Si、Al三種元素快速、準(zhǔn)確。

關(guān)鍵詞：ICP-AES法；灰?guī)r；組分分析；鐵硅鋁元素；稱樣量 文獻標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TQ138 文章編號：1009-2374（2015）13-0160-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.13.080

石灰?guī)r的主要化學(xué)成分是CaCO3，在工業(yè)上有重要的用途，如黑色冶金、有色冶金、水泥等，在這些用途之中不僅對石灰?guī)r中鈣和鎂含量有要求，而且對其中的其他元素也有嚴(yán)格的要求，如有色冶金要求石灰?guī)r中二氧化硅的含量必須小于等于2，電石要求石灰?guī)r中二氧化硅的含量必須小于等于1%，三氧化二鋁和三氧化二鐵的含量必須小于等于1%，所以精確的測定石灰?guī)r中所含的成分可謂重中之重。

傳統(tǒng)測定鐵有滴定法、分光光度法等，硅的測定主要有重量法和比色法。而重量法又分為不同的類型，有動物膠凝聚法、高氯酸硫酸脫水法、鹽酸蒸干脫水法等，比色法主要是硅鉬藍光度法。鋁的測定主要有重量法、滴定法、容量法和比色法等，實際工作中利用分光光度法對鋁的測定較多，上述方法都存在分析步驟復(fù)雜、穩(wěn)定性差、靈敏度低等不足。

電感藕合等離子發(fā)射光譜法，即ICP-AES法，是20世紀(jì)70年代發(fā)展起來的分析方法，它克服了傳統(tǒng)測鐵硅鋁方法技術(shù)的諸多不足，適應(yīng)了現(xiàn)代分析科學(xué)的發(fā)展要求，是一種操作簡單、分析速度快、消耗試劑少的樣品分析新技術(shù)，因其有快速、靈敏、干擾小、線性范圍寬、重現(xiàn)性好以及多元素同時分析檢測效率高等諸多優(yōu)點而廣泛應(yīng)用于眾多領(lǐng)域，例如在生物、化工、食品、環(huán)境、水質(zhì)、冶金、醫(yī)藥等不同領(lǐng)域。本文通過氫氧化鈉溶礦后，用濃硝酸處理樣品，將溶液移入容量瓶中，然后上機待測，通過配制標(biāo)準(zhǔn)溶液繪制曲線，來測定元素的檢出限、精密度、準(zhǔn)確度和回收率，不僅大幅度地提高了分析效率，而且節(jié)省了大量的成本，能夠?qū)崿F(xiàn)一次溶樣同時測定灰?guī)r中鐵、硅、鋁，結(jié)果令人滿意。用ICP-AES測定灰?guī)r和沉積巖中元素含量的文獻有相關(guān)的報道，但對測定灰?guī)r中特定的鐵硅鋁的論文幾乎空白，所以開展用電感耦合等離子體法測灰?guī)r中Fe、Si和Al是非常有意義的工作。

1 實驗材料與方法

1.1 實驗材料與設(shè)備

溶液采用國家標(biāo)準(zhǔn)溶液。Fe、Si和Al三種標(biāo)準(zhǔn)儲備液為1mg/L。所用試劑均為分析純，實驗室用水為二次去離子水，電阻率為18.2MΩ·cm。實驗儀器采用美國產(chǎn)Thermo ICP-6300電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀，儀器的最佳工作條件列于表1：

表1 等離子體發(fā)射光譜儀工作參數(shù)

入射功率 1.2kW 頻率 27.12MHz

積分時間 10s Ar冷卻氣流量 14L/min

Ar輔助氣流量 0.5L/min 霧化氣流量 0.8L/min

試液提升量 2mL/min 觀察高度 14mm

1.2 樣品處理及混合標(biāo)準(zhǔn)溶液配制

準(zhǔn)確稱取0.1000g（精確至0.0001g）樣品于銀坩堝中，加入0.5000g氫氧化鈉，仔細攪勻，置于已升溫至650℃的高溫爐熔融15分鐘，取出坩堝，用水侵取，加5mL濃硝酸于燒杯中，洗凈坩堝，煮沸溶解完全熔融物，移入100mL容量瓶中，用水定容至100mL，搖勻待測。取單元素標(biāo)準(zhǔn)儲備液，恰當(dāng)組合，配制成多元素混合標(biāo)準(zhǔn)溶液。由于ICP-AES其優(yōu)點是可以同時測定多個元素，所以可以把多種待測元素配制在同一標(biāo)準(zhǔn)溶液中；金屬元素易于被氧化，故標(biāo)準(zhǔn)溶液中加入5%HNO3溶液定容至100mL容量瓶中，配制標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度見表2：

表2 多元素混合標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度（mg/L）

元素 Fe Al Si

STD1 0 0 0

STD2 10 10 10

STD3 20 20 20

設(shè)定儀器工作條件，建立分析方法，對標(biāo)準(zhǔn)溶液進行激發(fā)，建立標(biāo)準(zhǔn)曲線后，再進行樣品分析。

2 實驗結(jié)果與分析

2.1 譜線的選擇分析

光譜干擾和基體效應(yīng)是電感耦合等離子體發(fā)射光譜中最重要的干擾因素。通過選擇合適的分析譜線和扣除背景干擾可以有效地消除光譜干擾，不僅每個元素都有多條特征譜線，不同的特征譜線的響應(yīng)強度不同，并且所測元素之間的譜線也進行相互干擾，一般選擇各元素的譜線有兩個原則：一是選擇的譜線的分析譜線不能受到其他選定譜線的干擾；二是選擇的分析譜線應(yīng)有較大的響應(yīng)值。綜合各靈敏度、干擾、分析線附近的背景等元素，經(jīng)過多次試驗，對圖譜進行疊加、放大處理、研究其光譜干擾情況，最終選擇了譜線干擾少、背景低、信噪比高、重復(fù)性好的譜線作為分析譜線，F(xiàn)e、Al、Si元素波長（nm）分別為239.562、396.152、251.611。

2.2 方法檢出限

檢出限是儀器最重要的技術(shù)指標(biāo)，是靈敏度和穩(wěn)定性的綜合指標(biāo)。檢出限是檢出元素的極限濃度，用元素空白溶液測定結(jié)果標(biāo)準(zhǔn)偏差的K倍對應(yīng)的濃度作為檢出限，利用ICP-AES測定了灰?guī)r中鐵硅鋁元素的工作曲線，對空白樣品重復(fù)測定空白溶液11次，并計算標(biāo)準(zhǔn)偏差，以3倍標(biāo)準(zhǔn)偏差得出方法檢出限（MDL），其結(jié)果見表3：

表3 分析元素檢出限（μg/mL）

元素 分析線λ/nm 檢出限（μg/mL）

Fe 239.562 0.023

Al 396.152 0.034endprint

Si 251.611 0.028

2.3 稱樣量

分別快速稱取0.1000g、1.0000g、5.0000g的試樣各三份放入樣品于銀坩堝中，分別加入一定量的氫氧化鈉，仔細攪勻，置于已升溫至650℃的高溫爐熔融15分鐘，取出坩堝，用水侵取，加入相應(yīng)比例的濃硝酸于燒杯中，洗凈坩堝，煮沸溶解完全熔融物，移入100mL容量瓶中，用水定容至100mL，作為母液待測。為使機體鐵硅鋁的濃度匹配，選擇合適的稀釋比例，定容，搖勻。用ICP-AES測定其含量，結(jié)果見表4：

表4 ICP-AES測定不同稱樣量灰?guī)r中鐵硅鋁的含量（%）

稱樣量（g） Fe Al Si

0.1000 0.11 0.28 0.82

1.0000 0.14 0.24 0.86

5.0000 0.16 0.32 0.78

表4實驗數(shù)據(jù)表明：取樣量不同，試樣中鐵、鋁、硅元素含量測定結(jié)果相差較大，因此稱樣量對測定結(jié)果有影響。況且ICP-AES分析時，要求待測試液鹽量控制在2%以下，鹽量過高，不僅會產(chǎn)生基體效應(yīng)，譜線和背景干擾問題，最重要的是還容易造成儀器矩管的堵塞。所以溶解試樣時所用氫氧化鈉越少越好，這樣會減少對儀器的危害。

2.4 方法精密度

為檢驗該方法的精密度，將各元素標(biāo)準(zhǔn)溶液稀釋，取同一樣品，按實驗方法連續(xù)測定10次平行實驗，計算其平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差，計算結(jié)果見表5。從表中的測定值可以看出，F(xiàn)e、Al、Si三種元素相對標(biāo)準(zhǔn)偏差均小于2%，說明該方法在應(yīng)用中精密度高。

表5 測試方法的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD%）（n=10）

分析成分 ICP法（%） RSD（%）

Fe 0.11 0.56

Al 0.28 0.78

Si 0.82 1.23

2.5 實驗回收率及標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)對比測定結(jié)果

為了考核驗證方法的可行性，對國家一級標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBWO3105a、GBWO3106a用二次去離子水配制進行測定，其結(jié)果見表6。試驗數(shù)據(jù)表明各元素的回收率在97.8%～100.6%之間，都在誤差范圍之內(nèi)。

表6 實驗回收率及標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)對比測定結(jié)果（mg/L）

標(biāo)準(zhǔn)

物質(zhì) 標(biāo)準(zhǔn)

濃度 Fe Al Si 回收率（%）

03105a 20 20.12 100.6

10 9.85 98.5

50 48.9 97.8

03106a 40 40.2 100.5

20 19.82 99.1

100 100.3 100.3

3 結(jié)語

本文采用氫氧化鈉溶礦、濃硝酸處理樣品、電感耦合等離子體發(fā)射光譜法測定灰?guī)r中的鐵、鋁、硅三種元素，和傳統(tǒng)的方法相比此方法所測的樣品準(zhǔn)確度高，精密度好，回收率高要優(yōu)于傳統(tǒng)方法，且操作簡便，節(jié)省大量的成本，能大大提高工作效率，實驗證明該方法簡單、便捷，分析結(jié)果準(zhǔn)確、可靠，適合日常對灰?guī)r檢驗的需要。

參考文獻

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作者簡介：包振霞（1983-），女，甘肅白銀人，供職于中國建材地勘中心甘肅總隊，碩士，研究方向：地質(zhì)實驗測試。

（責(zé)任編輯：黃銀芳）endprint