不同除酸法對電感耦合等離子發射光譜檢測巖棉酸度系數的影響

□文/宋 玉

隨著國民經濟的迅速發展，人民的生活水平日益提高，對環保節能綠色的要求也越來越高；而建筑能耗在人類整個能源消耗中所占比例高達30%以上，發展節能減排的新型建筑材料刻不容緩。巖棉作為無機外墻外保溫建筑材料，具有密度小、導熱系數低、不燃燒、防火、保溫和吸音等突出優點，是符合當今中國低碳、節能、減排趨勢的新型節能材料[1]。

酸度系數是巖棉及其制品化學成分中二氧化硅、三氧化二鋁質量分數之和與氧化鈣、氧化鎂質量分數之和的比值，它的數值大小直接影響巖棉制品的燃燒性能、導熱系數等多項指標。故GB/T 25975—2010《建筑外墻外保溫用巖棉制品》將酸度系數作為巖棉驗收的指標之一。自2018年11月1起，啟用新的酸度系數檢測方法[2]，用電感耦合等離子發射光譜（以下簡稱“ICP-AES”）儀器法代替之前的化學滴定法，作為三氧化二鋁、氧化鈣和氧化鎂測定的仲裁方法。ICP-AES法從未在此領域被使用過，作為一種與之前截然不同的新檢測方法，如何保證檢測結果的準確性成為重中之重。

酸溶解是ICP-AES 法消解制備巖棉樣品溶液必不可少的步驟。酸具有黏度大、鹽效應大等缺陷，所加酸的黏度越大，濃度越高，樣品溶液的表面張力越大，霧化率越低[3]，檢測效果越差；氫氟酸還會腐蝕玻璃，造成儀器的霧化器、霧室及炬管的損傷；所以說除酸效果對ICP-AES法檢測結果有著極大影響。本文采用6種不同處理方法進行除酸，比較檢測效果，找到對ICP-AES法檢測干擾小、操作簡便的除酸方法。

1 儀器和試劑

1.1 試劑

本方法所使用水均為去離子水。硝酸、高氯酸、氫氟酸、鹽酸為優級純試劑。鋁、鈣、鎂標準溶液均是1 000 μg/mL的國家有證標準溶液。

工作曲線溶液：分別移取0、1.00、1.50、2.00、2.50、3.00、3.50、4.00、4.50、5.00 mL 鋁標準溶液和鈣標準溶液以及0、0.50、0.75、1.00、1.25、1.50、1.75、2.00、2.25、2.50 mL鎂標準溶液到100 mL容量瓶中，加入10 mL鹽酸，用水定容。工作曲線溶液濃度見表1。

表1 工作曲線溶液濃度 μg/mL

1.2 儀器

美國利曼公司的Prodigy XP 型等離子發射光譜儀，參數為：RF功率1.1 kW，霧化氣52PSI，泵速1.8 mL/min，縱向觀測，高度線圈上方1.5 cm。電熱板、電阻絲爐、馬弗爐。

檢測波長：鋁 396.152 nm、鈣 317.933 nm、鎂285.213 nm。

2 樣品處理及分析

2.1 樣品處理

準備6 個鉑金坩堝，分別向其中加入2.5 mL 鋁標準溶液、1.5 mL鈣標準溶液和2.5 mL鎂標準溶液，再邊搖邊緩慢滴加2 mL 硝酸、2 mL 高氯酸、5 mL 氫氟酸。待鉑金坩堝冷卻到室溫后，采用以下6 種除酸方法進行樣品的前處理消解。

1）方法1。將鉑金坩堝置于電熱板上揮發至干。

2）方法2。將鉑金坩堝置于電熱板揮發至干，然后繼續加熱，直至觀察不到白煙冒出。

3）方法3。將鉑金坩堝置于電阻絲爐上揮發至干。

4）方法4。將鉑金坩堝置于電阻絲爐上揮發至干，然后繼續加熱，直至觀察不到白煙冒出。

5）方法5。將鉑金坩堝置于電熱板揮發至干后，再置于電阻絲爐上繼續加熱，直到觀察不到白煙冒出。

6）將鉑金坩堝置于電熱板上揮發至干，然后轉移放入馬弗爐中，從低溫開始加熱到800 ℃，灼燒1 h。

直到反應充分、前處理完全，再取出鉑金坩堝分別加入10 mL鹽酸和10 mL水，置于電熱板上低溫加熱至固體溶解，溶液完全澄清。待溶液冷卻到室溫后，將其移入100 mL容量瓶中，用水定容。理論上每份樣品含鋁25.0 μg/mL、鎂25.0 μg/mL、鈣15.0 μg/mL。

2.2 樣品分析

ICP-AES 儀器有自動背景校正功能，按照表1 輸入工作曲線溶液濃度，在譜線圖中選擇背景強度變化平緩、波動較小處作為背景扣除點。

按照濃度從低到高的順序依次檢測工作曲線溶液。當工作曲線的線性r≥0.999時，分別檢測6份樣品溶液。儀器會自動給出被測元素的譜線圖以及結果濃度值。見圖1和表2。

圖1 ICP-AES測得的譜線

表2 ICP-AES法測得的鋁、鈣、鎂濃度 μg/mL

3 試驗現象

1）方法1。樣品溶液未見沸騰，只有微量白煙冒出。溶液體積隨時間緩慢減少，直到在坩堝底形成糊狀物。糊狀物干燥后留下薄薄一層白色固體附著在坩堝底。

2）方法2。樣品溶液未見沸騰，只有微量白煙冒出。溶液體積隨時間緩慢減少，直到消失形成固體。在加熱板上對坩堝進一步加熱后，白煙突然增多變為濃煙，待煙消失后，坩堝底有薄薄一層白色固體。

3）方法3。樣品溶液劇烈沸騰，不停迸濺，有大量樣品濺在電阻絲爐上。溶液體積迅速減少，最終在坩堝壁上和底部留下分散的白色固體。

4）方法4。樣品溶液劇烈沸騰，不停迸濺，有大量樣品濺在電阻絲爐上。溶液體積迅速減少，至溶液完全消失后，冒出大量白色濃煙。待白煙消失后，坩堝壁上和底部留下分散的白色固體。

5）方法5。樣品溶液未見沸騰，只有微量白煙冒出。溶液體積隨時間緩慢減少，直到消失形成固體。轉移到電阻絲爐上對坩堝進一步加熱后，白煙突然增多變為濃煙，坩堝底的固體開始不斷起泡，破裂。待白煙消失后，坩堝底的白色固體有裂痕出現。

6）方法6。樣品溶液未見沸騰，只有微量白煙冒出。溶液體積隨時間緩慢減少，直到消失形成固體。待坩堝在馬弗爐中灼燒1 h 后，打開爐門有白色刺激性氣體逸出，坩堝底留下白色固體。

4 數據處理

6種除酸方法的回收率見表3。

表3 回收率 %

譜線圖的基線飄的越高，表示酸干擾越大；回收率越接近100%，表示檢測效果越準確。比較6種除酸方法的譜線圖和回收率可以發現：

1）基線從低到高分別為方法6≈方法5≈方法4＜方法2＜方法3＜方法1；

2）方法1～3的基線明顯高于方法4～6，可見方法1～3的除酸效果差，不宜采用；

3）方法4～6 的基線高低雖略有差別，但相差不大，基本重合，可見這三種方法除酸效果較好，可以考慮；

4）比較方法4～6的回收率，從高到低分別為方法6≈方法5＞方法4；

5）方法4 的回收率過小，可見加熱過程中的迸濺造成了樣品損失，致使檢測結果偏低，不宜采用；

6）方法6的基線較低，回收率最好，但馬弗爐設備購置成本高且加熱開爐時有刺激性氣體，對空氣環境污染較大，同時危險性極高，會危害檢測人員人身安全，不宜采用；

7）方法5 的基線也較低，回收率在98%～102%之間，準確度較高且電阻絲爐便宜好維護且在通風櫥中進行，酸霧氣體隨時被抽排出去，安全性大大有所保證。

5 結論

為更準確、快捷地對巖棉制品的酸度系數進行檢測，必須選擇一種對ICP-AES 設備檢測影響小、操作簡便、安全性高的前處理方法。綜合考慮各方面因素，方法5“將鉑金坩堝置于電熱板揮發至干后，再置于電阻絲爐上繼續加熱，直到觀察不到白煙冒出”具有除酸效果好，基體干擾小，回收率高，對ICP-AES設備腐蝕弱，分析成本低，安全性高，對人員技術要求低等優點，更適合ICP-AES法檢測前的除酸處理。