ICP-OES和FAAS測(cè)定九水合硝酸鋁中鈉的比較

張均祥，李炳華

ICP-OES和FAAS測(cè)定九水合硝酸鋁中鈉的比較

張均祥1，2，李炳華1，2

（1. 廣東廣試試劑科技有限公司，廣東 肇慶 526238； 2. 廣州化學(xué)試劑廠，廣東 廣州 510288）

對(duì)九水合硝酸鋁樣品中鈉質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別采用FAAS和ICP-OES進(jìn)行了對(duì)比分析。實(shí)驗(yàn)表明：FAAS測(cè)定樣品中Na的RSD分別為2.56%、1.99%，加標(biāo)回收率分別為104%、100%；ICP-OES測(cè)定樣品中Na的RSD分別為1.73%、1.57%，加標(biāo)回收率分別為99%、100%。FAAS和ICP-OES測(cè)定時(shí)都需考慮基體干擾，兩種儀器測(cè)定方法不存在顯著性差異，均可用于九水合硝酸鋁中鈉的測(cè)定。

ICP-OES；FAAS；九水合硝酸鋁；鈉

九水合硝酸鋁常用于有機(jī)合成、石油加工的催化劑、紡織工業(yè)的媒染劑，還用于顯像管生產(chǎn)，也用于鞣革和制造白熾電燈絲，而在實(shí)驗(yàn)室用于制取純的氫氧化鋁和氧化鋁。

九水合硝酸鋁的合成工藝有幾種，其中一種是用金屬鋁直接和硝酸反應(yīng)[1]，反應(yīng)方程式如下：

Al+4HNO3→Al(NO3)3+2H2O+NO↑。

硝酸對(duì)鋁的鈍化作用在合成時(shí)表現(xiàn)尤為突出，合成Al(NO3)3的反應(yīng)進(jìn)行得相當(dāng)緩慢，所采取的措施除了將鋁錠刨成鋁花外，還要稀釋硝酸。盡管如此，反應(yīng)也較緩慢，所放出的氣體基本無(wú)色。硝酸鹽一般都溶于水，鋁錠中各種金屬均進(jìn)入溶液，很難制得純凈的九水合硝酸鋁產(chǎn)品。

還有一種就是利用鋁具有典型的兩性金屬的性質(zhì)，使它先與堿作用，生成鋁酸鹽，再與硝酸反應(yīng)生成氫氧化鋁，氫氧化鋁與硝酸反應(yīng)[2]制得硝酸鋁，反應(yīng)方程式：

Al+2NaOH+2H2O→2Na(AlO2)+3H2↑；

Na(AlO2)+HNO3+H2O→NaNO3+Al(OH)3↓；

Al(OH)3+3HNO3→Al(NO3)3+3H2O。

由于其工藝反應(yīng)本身原因且鈉在自然界中普遍存在，九水合硝酸鋁中測(cè)鈉成為控制其產(chǎn)品質(zhì)量的一項(xiàng)內(nèi)容。

對(duì)九水合硝酸鋁中鈉的檢測(cè)已有相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，如ACS[3]標(biāo)準(zhǔn)、《化學(xué)試劑 九水合硝酸鋁（硝酸鋁）》 （T/CSTM 00069—2019）[4]，均采用原子吸收分光光度法（FAAS）測(cè)定其中鈉。目前國(guó)內(nèi)各行各業(yè)中存在儀器的配置差異，部分企業(yè)只有電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀，這給產(chǎn)品的出廠和驗(yàn)收造成了困擾，為解決這個(gè)問(wèn)題，筆者參照ACS標(biāo)準(zhǔn)，用原子吸收分光光度法（FAAS）和電感耦合等離子體發(fā)射光譜法（ICP-OES）對(duì)九水合硫酸鋁中鈉進(jìn)行了測(cè)定，比較兩者之間的差異[5-6]。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)儀器

AA900火焰原子吸收分光光度計(jì)，美國(guó)Perkin Elmer公司；Agilent 5110 ICP-OES電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀，美國(guó)安捷倫公司。

1.2 試劑

0.01 mg·mL-1Na標(biāo)準(zhǔn)雜質(zhì)溶液，廣東廣試試劑科技有限公司；九水合硝酸鋁，廣東廣試試劑科技有限公司；高純氬氣，99.99%；實(shí)驗(yàn)用水均為超純水。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 FAAS測(cè)九水合硝酸鋁中Na

按GB/T 9723—2007[7]中7.2.2的規(guī)定測(cè)定，結(jié)果按7.2.3的規(guī)定計(jì)算。

1.3.2 ICP-OES測(cè)九水合硝酸鋁中Na

按GB/T 23942—2009[8]中7.3.3的規(guī)定測(cè)定，結(jié)果按7.3.4的規(guī)定計(jì)算。

1.4 儀器工作條件

1.4.1 原子吸收分光光度法（FAAS）

儀器工作條件如表1所示。

1.4.2 電感耦合等離子體發(fā)射光譜法（ICP-OES）

RF功率為1.20 kW；冷卻氣為氬氣，流量為 12.0 L·min-1；輔助氣為氬氣，流量為1.00 L·min-1；載氣為氬氣，流量為0.70 L·min-1；觀測(cè)高度為12 mm；積分時(shí)間為5 s。

2 結(jié)果與討論

2.1 方法原理對(duì)比

原子吸收分光光度法（FAAS）的方法原理：從光源輻射出待測(cè)元素的特征波長(zhǎng)的光，通過(guò)火焰原子化系統(tǒng)產(chǎn)生的樣品蒸氣時(shí)，被蒸氣中待測(cè)元素的基態(tài)原子吸收，在一定的試驗(yàn)條件下，吸光度與待測(cè)元素的濃度成正比。

電感耦合等離子體發(fā)射光譜法（ICP-OES）的方法原理：液體樣品由載氣帶入霧化系統(tǒng)進(jìn)行霧化后，以氣溶膠形式進(jìn)入等離子體的軸向通道，在高溫和惰性氣體中被充分蒸發(fā)、原子化、電離和激發(fā)，發(fā)射出的所含元素的特征譜線經(jīng)分光系統(tǒng)進(jìn)入光譜檢測(cè)器，光譜檢測(cè)器依據(jù)特征光譜進(jìn)行定量分析。

原子吸收分光光度法（FAAS）和電感耦合等離子體發(fā)射光譜法（ICP-OES）的測(cè)定原理都是基于電子能級(jí)躍遷的能量（差別在于前者是吸收能量，而后者是發(fā)射能量），都能有效測(cè)定微量金屬元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)且檢出限能達(dá)到10-6級(jí)[9]。

2.2 標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制及測(cè)量結(jié)果

為了盡量保證測(cè)量的一致性，兩種儀器均配置了相同的曲線點(diǎn)，為了消除基體干擾，均選擇標(biāo)準(zhǔn)加入法測(cè)定，加標(biāo)質(zhì)量濃度分別為0.1、0.2、0.3 μg·mL-1，兩個(gè)實(shí)際樣品（樣1、樣2）標(biāo)準(zhǔn)曲線如圖1至圖4所示。

圖1 FAAS標(biāo)準(zhǔn)曲線（樣1）

2.3 精密度實(shí)驗(yàn)對(duì)比

分別對(duì)樣品（樣1、樣2）進(jìn)行6次測(cè)定，結(jié)果見表2。

圖2 ICP-OES標(biāo)準(zhǔn)曲線（樣1）

圖3 FAAS標(biāo)準(zhǔn)曲線（樣2）

圖4 ICP-OES標(biāo)準(zhǔn)曲線（樣2）

表2 兩種儀器測(cè)定精密度比較

2.4 加標(biāo)回收率實(shí)驗(yàn)對(duì)比

分別對(duì)樣品（樣1、樣2）進(jìn)行加標(biāo)回收率測(cè)定，結(jié)果見表3。

表3 兩種儀器測(cè)定加標(biāo)回收率比較

2.5 分析與討論

火焰原子吸收光譜法（FAAS）與電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法（ICP-OES）都可以測(cè)定化學(xué)試劑中金屬雜質(zhì)。

原子吸收光譜法和原子發(fā)射光譜法相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：①由于使用空心陰極燈作銳線光源，且原子的吸收線比發(fā)射線數(shù)目少得多。樣品中共存元素的輻射線或分子輻射線對(duì)待測(cè)元素的光譜干擾小，因此選擇性高。②樣品中待測(cè)元素只要離解成原子蒸氣就可進(jìn)行測(cè)定，不必將元素激發(fā)，故所需原子化的能量較低，且原子蒸氣中基態(tài)原子比激發(fā)態(tài)原子多，因此靈敏度高。③原子吸收光譜法測(cè)定的是銳線光源輻射經(jīng)原子蒸氣吸收后光強(qiáng)度的降低，不同于原子發(fā)射光譜法測(cè)定相對(duì)于背景的信號(hào)強(qiáng)度，因此背景對(duì)測(cè)定的影響小，而有更佳的信噪比。

原子吸收光譜法也有不足之處，表現(xiàn)為：① 當(dāng)測(cè)定不同元素時(shí)，原則上必須更換對(duì)每種元素發(fā)射特定輻射波長(zhǎng)的空心陰極燈。②由于制造空心陰極燈技術(shù)的限制，到現(xiàn)在還不能測(cè)定共振吸收線處于真空紫外區(qū)的非金屬元素，如硫、磷等[10]。

FAAS屬于原子吸收光譜法的一種，主要應(yīng)用在單元素準(zhǔn)確定量，ICP-OES屬于原子發(fā)射光譜法的一種，主要應(yīng)用在多元素同時(shí)測(cè)定。由圖1至圖4和表2、表3可以看出，F(xiàn)AAS和ICP-OES都可以測(cè)定九水合硝酸鋁中鈉元素，無(wú)明顯不同，F(xiàn)AAS測(cè)定樣品中Na的RSD分別為2.56%、1.99%，加標(biāo)回收率分別為104%、100%；ICP-OES測(cè)定樣品中Na的RSD分別為1.73%、1.57%，加標(biāo)回收率分別為99%、100%。兩種方法回收率都在允許范圍內(nèi)，精密度也在分析范圍要求之內(nèi)。

3 結(jié) 論

采用FAAS或ICP-OES測(cè)定九水合硝酸鋁中鈉，操作簡(jiǎn)單，線性好，精密度高，回收率在允許范圍內(nèi)。FAAS具有方法成熟、測(cè)定準(zhǔn)確快速、應(yīng)用廣泛、儀器價(jià)廉等優(yōu)點(diǎn)，但只能實(shí)現(xiàn)單元素的測(cè)定；ICP-OES具有線性范圍寬、準(zhǔn)確度高、元素覆蓋范圍廣、可實(shí)現(xiàn)多種元素同時(shí)測(cè)定等優(yōu)點(diǎn)，但儀器價(jià)格較高，運(yùn)行成本也高，建議根據(jù)自己的需求和現(xiàn)有條件選擇合適的測(cè)定方法。

［1］曹素忱．化學(xué)試劑與精細(xì)化學(xué)品合成基礎(chǔ)（無(wú)機(jī)分冊(cè)）[M].北京：高等教育出版社，1991．

［2］段長(zhǎng)強(qiáng).現(xiàn)代化學(xué)試劑手冊(cè) 第一分冊(cè) 通用試劑[M]. 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1988．

［3］Reagent Chemicals:Specifications and Procedures,Eleventh Edition[S]. America:The American Chemical Society,2016．

［4］T/CSTM 00069—2019，九水合硝酸鋁（硝酸鋁）[S].

［5］盧遠(yuǎn)梅等．基于AAS、ICP-OES測(cè)定煤中堿金屬元素的對(duì)比分析[J].新疆大學(xué)學(xué)報(bào)，2017， 34（3）：303-307．

［6］倪偉茗．火焰原子吸收分光光度法（FAAS）和電感耦合等離子體發(fā)射光譜法（ICP-AES）對(duì)比研究[J].環(huán)境科學(xué)導(dǎo)刊，2020，39（增刊）：106-110．

［7］GB/T 9723—2007，火焰原子吸收光譜法通則[S].

［8］GB/T 23942—2009，電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法通則[S].

［9］張宗彩. F-AAS與ICP-OES測(cè)定復(fù)合肥料中鐵、錳、鋅、銅、鈣、鎂含量的對(duì)比試驗(yàn)[J].化肥工業(yè)，2017，44（4）：15-19．

［10］于世林，杜振霞．化驗(yàn)員讀本（儀器分析）[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2019，

Comparison of Sodium Determination in Aluminum Nitrate Nonahydrate by ICP-OES and FAAS

1,2,1,2

（1. Guangdong Guangshi Reagent Technology Co., Ltd., Zhaoqing Guangdong 526238, China;2. Guangzhou Chemical Reagent Factory, Guangzhou Guangdong 510288, China）

The mass fraction determined results of sodium in aluminum nitrate nonahydrate with FAAS and ICP-OES were compared. The results showed that the RSD of FAAS in the determination of Na were2.56% and 1.99%, the recovery rate were 104% and 100%. The RSD of ICP-OES in the sample were 1.73% and 1.57%, the recovery rate were 99% and 100%. The matrix interference should be considered in the determination of FAAS and ICP-OES, and there was no significant difference between the two methods, they could used for the determination of sodium in aluminum nitrate nonahydrate.

ICP-OES; FAAS; Aluminum nitrate nonahydrate; Sodium

2021-04-21

張均祥（1982-），女，湖南省邵陽(yáng)市人，分析工程師，2006年畢業(yè)于吉首大學(xué)化學(xué)專業(yè)，研究方向：化學(xué)試劑分析及標(biāo)準(zhǔn)的起草。

TQ420.7

A

1004-0935（2021）11-1738-03