高純堿金屬鹽中雜質(zhì)測(cè)定方法的研究進(jìn)展*

王曉輝

(鋼鐵研究總院，北京 100081)

高純堿金屬鹽中雜質(zhì)測(cè)定方法的研究進(jìn)展*

王曉輝

(鋼鐵研究總院，北京 100081)

高純堿金屬鹽的純度對(duì)其應(yīng)用有很大影響，痕量雜質(zhì)元素含量的嚴(yán)格控制和準(zhǔn)確測(cè)定非常重要。本文對(duì)高純堿金屬鹽中的雜質(zhì)分析方法 (原子吸收光譜法、分光光度法、電感耦合等離子體光譜法、電感耦合等離子體質(zhì)譜法、離子色譜法等)進(jìn)行了綜述。

高純堿金屬鹽;雜質(zhì);檢測(cè);綜述

高純堿金屬鹽在信息工業(yè)、航天技術(shù)、電解工藝、醫(yī)藥、材料等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，各領(lǐng)域?qū)ζ渲须s質(zhì)元素的含量有非常嚴(yán)格的要求，因而對(duì)雜質(zhì)含量的準(zhǔn)確測(cè)定顯得非常重要。高純堿金屬鹽中雜質(zhì)的分析前人已經(jīng)做過(guò)了一些工作，其中較為常用且有效的方法主要有原子吸收光譜法、原子發(fā)射光譜法、分光光度法、質(zhì)譜法等。其中，堿金屬鹽中同族雜質(zhì)元素的檢測(cè)主要以原子吸收光譜法為主，而對(duì)于其他元素的同時(shí)測(cè)定則以電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜 (ICP－AES)法和電感耦合等離子體質(zhì)譜 (ICP－MS)法最為普遍。對(duì)于陰離子的分析，目前常用的方法有離子色譜法、庫(kù)侖分析法和離子選擇電極法等，其中高純堿金屬鹽中的陰離子測(cè)定以離子色譜法的應(yīng)用最為廣泛和有效。下面就不同分析測(cè)試方法進(jìn)行綜述。

1 原子熒光光譜法 (AFS)

原子熒光光譜法 (AFS)是一種通過(guò)測(cè)量元素在輻射能激發(fā)下所發(fā)射原子熒光強(qiáng)度進(jìn)行元素定量分析的儀器分析方法。其中的氫化物發(fā)生－原子熒光光譜法 (HG－AFS)具有儀器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，靈敏度高，氣相干擾小，適合于多元素同時(shí)分析的特點(diǎn)，對(duì)于分析物中感興趣的As、Sb、Bi、Hg、Se、Te、Pb、Sn、Ge等元素的測(cè)定具有很高的靈敏度［1］。但這種方法在高純?cè)噭┑碾s質(zhì)檢測(cè)方面應(yīng)用不是很多。陳先安［2］提出應(yīng)用ICP－AFS同時(shí)檢測(cè)碳酸鋰中微量雜質(zhì)，采用同心氣動(dòng)霧化器及甲烷作還原劑氣體，可使一些元素的檢測(cè)限降低一個(gè)數(shù)量級(jí)，并對(duì)加入甲烷的量、酸度、基體鋰、共存元素等的影響進(jìn)行了討論，取得了較滿意的結(jié)果。但對(duì)于許多元素來(lái)說(shuō)，原子熒光光譜法的靈敏度較差，所以未得到廣泛的應(yīng)用［3］。

2 原子吸收光譜法 (AAS)

火焰原子吸收光譜法是分析高純堿金屬鹽中雜質(zhì)的常用方法之一，檢測(cè)的雜質(zhì)元素多為同族其他堿金屬［4－9］和堿土金屬 (Ca，Mg)［10－12］。堿金屬元素 (鋰、鈉、鉀、銣、銫)的電離電勢(shì)都很小，極易電離，故測(cè)定堿金屬鹽中的同族其他元素時(shí)電離干擾嚴(yán)重，通常需加入消電離劑消除干擾，由于銫的電離電勢(shì)最小，所以高濃度的銫常用作消電離劑［4，7－9］。測(cè)定堿金屬鹽中的堿土金屬元素 (Ca、Mg)時(shí)，則化學(xué)干擾比較嚴(yán)重，通常選擇檸檬酸溶液及鑭鹽溶液作為鈣的釋放劑，而鑭鹽及鍶鹽的混合溶液作為鎂的釋放劑［9，11］。高純堿金屬鹽中同族金屬元素測(cè)定時(shí)的干擾及其消除方法詳見(jiàn)表1。此外，Ivanova E［13］等采用火焰原子吸收光譜測(cè)定堿金屬鹽中Cu、Zn、Ni、Co、Mn、Fe等元素，結(jié)果滿意。汪明禮［14］等選擇TritonX－100為增敏劑，以火焰原子吸收光譜法測(cè)定高純氯化鋰中微量銅、鋅、鐵、錳，其特征濃度分別為 0.018 μg/mL，0.004 μg/mL，0.021 μg/mL，0.011 μg/mL。

石墨爐原子吸收光譜也用于高純堿金屬鹽中的雜質(zhì)分析。其中，汪明禮［15］等選擇硝酸銨為基體改進(jìn)劑，消除部分銣的干擾，采用標(biāo)準(zhǔn)加入法直接測(cè)定高純碳酸銣中的銅，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差 (RSD)為2.95%～5.16%，與萃取－分光光度法的測(cè)定結(jié)果一致，可用于高純碳酸銣的質(zhì)控分析。王茂涵［16］等以石墨爐原子吸收光譜法測(cè)定高純氟化鋰中μg/g級(jí)的 Fe、Co、Cu、Ni，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為42% ，16.8% ，18.8% ，6.9% 。QIAN Sha－h(huán)ua［17］等選擇Ni(NO3)2為基體改進(jìn)劑，測(cè)定高純NaF中的痕量Fe，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差小于2.1%，回收率為102% ～103%。

采用原子吸收光譜法間接測(cè)定陰離子的報(bào)道較少。劉興艷［18］利用 Ag+與 Cl－的沉淀反應(yīng)，采用原子吸收光譜測(cè)定過(guò)量Ag+濃度，從而間接測(cè)定高純碳酸鋰中微量 Cl－含量，方法檢出限為0.021 μg/mL，該方法為原子吸收光譜測(cè)定高純樣品中微量非金屬元素提供有效參考。

表1 干擾及消除方法Tab.1 Interference and elimination method

3 分光光度法

分光光度法較多地應(yīng)用于高純碳酸鋰中單一組分雜質(zhì)的測(cè)定。汪明禮等對(duì)光度法測(cè)定高純碳酸鋰中的Cu和Fe進(jìn)行了較多研究，其中，文獻(xiàn) ［19］在銅－鉻天青S體系中加入吡啶增敏，文獻(xiàn) ［20］利用苯萃取鹵化銅絡(luò)陰離子與乙基紫形成的有色離子締合物，實(shí)現(xiàn)痕量銅的測(cè)定，兩種方法的表觀摩爾吸光系數(shù)均可達(dá)105(L·mol－1·cm－1)以上;以改性蘇木色精為顯色劑，且反應(yīng)體系在80℃加熱6 min，以光度法測(cè)定鐵的表觀摩爾吸光系數(shù)可達(dá) 3.8 ×106(L·mol－1·cm－1)［21］。

動(dòng)力學(xué)法的顯著優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高，近年來(lái)高純碳酸鋰中鐵、銅、銀的動(dòng)力學(xué)光度法測(cè)定亦有報(bào)道［22－27］，體系多為催化動(dòng)力學(xué)體系，主要的測(cè)定體系見(jiàn)表2。張毅［27］等采用4－叔丁基－2(α－甲芐基)苯酚 (t－BAMBP)萃取分離基體銫，在聚乙烯醇存在下，磷鉬雜多酸與結(jié)晶紫生成的離子締合物在水溶液中顯色，以分光光度法測(cè)定高純氯化銫中磷，表觀摩爾吸光系數(shù)可達(dá)2.01×105(L·mol－1·cm－1)。

表2 高純碳酸鋰中雜質(zhì)的催化動(dòng)力學(xué)光度法測(cè)定Tab.2 Catalytic kinetic spectrophotometric determination of impurities in high purity lithium carbonate

4 電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法 (ICP－AES)

隨著ICP光源的問(wèn)世，ICP－AES已成為多元素同時(shí)檢測(cè)的最有效手段之一，目前已應(yīng)用于高純物質(zhì)中的痕量雜質(zhì)分析。對(duì)高純?cè)噭?(HF，HNO3，HCl等)［28－29］中雜質(zhì)的檢測(cè)，檢測(cè)限可達(dá)ng/g級(jí)。武漢大學(xué)的江祖成，陳浩等［30－32］利用ICP－AES對(duì)高純NaCl中痕量雜質(zhì)的檢測(cè)作了一系列的工作，尤其對(duì)基體效應(yīng)，酸效應(yīng)，痕量元素的分離與富集及實(shí)驗(yàn)條件的選擇等均進(jìn)行了詳細(xì)的討論，該方法靈敏、準(zhǔn)確、操作簡(jiǎn)便，所以適用于高純NaCl及以NaCl為基體的試樣中痕量雜質(zhì)的測(cè)定，該研究對(duì)其他堿金屬鹽中雜質(zhì)的檢測(cè)也有一定的指導(dǎo)意義。馬曉國(guó)等［33－35］對(duì)高純鎢酸鈉中痕量雜質(zhì) (共12種)分析也進(jìn)行研究。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，選擇La(OH)3為共沉淀劑可將待測(cè)離子共沉淀，或?qū)⑷芤褐械拇郎y(cè)元素陽(yáng)離子吸附或包夾起來(lái)，過(guò)濾后可與基體分離，從而實(shí)現(xiàn)雜質(zhì)元素的ICP－AES法同時(shí)分析。其他堿金屬鹽［36－40］中痕量雜質(zhì)的測(cè)定也有一些報(bào)道。為了減少基體干擾，達(dá)到對(duì)痕量元素分析的要求，ICP－AES法測(cè)定高純堿金屬鹽中雜質(zhì)元素時(shí)，必要的基體匹配法與背景扣除法及預(yù)分離富集技術(shù)是必不可少的。

5 電感耦合等離子體質(zhì)譜法 (ICP－MS)

ICP－MS作為溶液中痕量及超痕量元素同時(shí)檢測(cè)的最快、最靈敏技術(shù)之一，目前在超純?cè)噭┑姆治鲋芯又鲗?dǎo)地位。ICP－MS對(duì)大多數(shù)的金屬雜質(zhì)具有ng.L－1級(jí)的檢出限，使得高純樣品的分析無(wú)需富集處理，從而減少了環(huán)境對(duì)樣品的沾污，提高了分析方法的可靠性和準(zhǔn)確性。采用ICP－MS進(jìn)行分析時(shí)，通常需加入內(nèi)標(biāo)元素對(duì)儀器漂移及基體效應(yīng)進(jìn)行校正。蘇亞勤等［41］以In為內(nèi)標(biāo)，有效克服了基體效應(yīng)引起的測(cè)定偏差，成功測(cè)定了高純碳酸鋰中10種雜質(zhì)元素，測(cè)定下限為0.012～0.38 μg/g。鐘家躍等［42］也采用In為內(nèi)標(biāo)分別克服了基體的增強(qiáng)和抑制效應(yīng)，完成了高純碳酸鋰中16種雜質(zhì)元素的分析，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差均小于10%。

6 離子色譜法

離子色譜法是多種陰離子同時(shí)檢測(cè)最有效的方法之一。孫建之［43］采用 IonPac AS14陰離子分離柱，以Na2CO3－NaHCO3為淋洗液測(cè)定了高純氯化鋰中的NO3－、F－、SO42－、NO2－、PO43－，檢出限為0.026～0.074 mg/L，同時(shí)準(zhǔn)確度和精密度均滿足要求。離子色譜用于高純堿金屬鹽中陽(yáng)離子的分析報(bào)道較少，戴紀(jì)翠［44］，孫建之［45］選擇 IonPac CS12A－5μm陽(yáng)離子分離柱，以甲基硫酸水溶液為淋洗液實(shí)現(xiàn)了高純氟化鋰和氯化鋰中微量 K+，Ca2+，Na+，Mg2+，NH4+的分析。和原子吸收光譜法相比，該方法具有可同時(shí)測(cè)定多種離子的優(yōu)點(diǎn)，此外，若實(shí)驗(yàn)中更換其他色譜柱，也可對(duì)其他離子進(jìn)行測(cè)量，因此，該法對(duì)離子色譜測(cè)定其他陽(yáng)離子具有一定的指導(dǎo)意義。

7 其他方法

共散射 (RLS)光譜［46］和 X射線熒光光譜［47－48］也可用于測(cè)定高純堿金屬鹽中的單組分，但應(yīng)用較少。

8 展望

綜上，對(duì)于高純堿金屬鹽中同族雜質(zhì)元素的測(cè)定，AAS法仍為最常用方法，而對(duì)于其他元素，ICP－AES法及ICP－MS法會(huì)更多地發(fā)揮其多元素同時(shí)測(cè)定的優(yōu)勢(shì)，尤其是ICP－MS可用于超痕量元素的分析，將在高純?cè)噭┑碾s質(zhì)分析中有更廣闊的應(yīng)用前景。而離子色譜法仍將是高純?cè)噭┲嘘庪x子同時(shí)測(cè)定的最有效方法。

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The Research Progress of Determination Method for Impurities in High Purity Alkali Metal Salt

WANG Xiao－h(huán)ui
(Central Iron＆ Steel Research Institute，Beijing 100081，China)

The purity of high purity alkali metal salt effects the application a lot．The strictly control and accurate determination of trace impurity is very important．The analysis methods(atomic absorption spectrometry，spectrophotometry，ICP－AES，ICP－MS，ion chromatography)for impurities in high purity alkali metal salt are summarized in this paper．

high purity alkali metal salt;impurities;detection;summary

O657.31

A

1006－0308(2011)05－0064－04

2011－05－30

王曉輝 (1975－)，女，吉林長(zhǎng)春人，碩士，工程師，主要研究方向:痕量元素分析。