ICP-AES法測(cè)定Beta沸石中常量和微量組分

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(天津海賽納米材料有限公司，天津 300270)

沸石傳統(tǒng)的分析方法是化學(xué)滴定法，即將沸石樣品采用高溫銀坩堝堿溶，用酸調(diào)節(jié)到一定酸度，然后采用化學(xué)滴定法測(cè)定鋁、硅含量，雜質(zhì)含量的測(cè)定采用酸溶儀器測(cè)定。化學(xué)滴定法煩瑣，耗時(shí)長，因此建立一套可以快速準(zhǔn)確地測(cè)定沸石中主要組分的方法是必要的。筆者研究了ICP-AES法測(cè)定Beta沸石中的主要組分，確定了溶樣方法，消除了組分間的干擾，優(yōu)化了儀器條件。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，采用ICP-AES法測(cè)定Beta沸石中的主要組分，常量元素RSD<1%，回收率為98.6%；雜質(zhì)元素RSD<7%，回收率為85%～112.1%。方法簡便，測(cè)定準(zhǔn)確。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器工作參數(shù)

美國PE公司Optimal 4300DV型電感偶合等離子體發(fā)射光譜儀。高頻功率為1 300 W；冷卻氣流量為15 L/min；霧化氣流量為0.8 L/min；輔助氣流量為0.2 L/min；積分時(shí)間為1～5 s自動(dòng)積分；進(jìn)樣量為1.5 mL/min；觀測(cè)高度為15 mm。分析譜線(nm)：Al，396.153，394.401；K，766.490；Na，589.592；Fe，239.562；Cd，228.802；Cr，267.716；Hg，194.168；Pb，220.353。

1.2 試劑

高氯酸、硝酸、氫氟酸，均為分析純。儲(chǔ)備標(biāo)準(zhǔn)溶液購于國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中心：鋁標(biāo)準(zhǔn)溶液，100 μg/mL；鉀、鈉、鐵、鉻、鎘、鉛、汞標(biāo)準(zhǔn)溶液，1 000 μg/mL。

1.3 標(biāo)準(zhǔn)溶液制備

標(biāo)準(zhǔn)溶液按表1所示質(zhì)量濃度配制。依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的相溶性和儀器測(cè)定中觀測(cè)方向的不同配制3套系列標(biāo)準(zhǔn)溶液[1]：1)鋁系列標(biāo)準(zhǔn)溶液；2)鈉、鉀、鐵系列標(biāo)準(zhǔn)溶液；3)鉻、鎘、鉛、汞為混標(biāo)溶液。標(biāo)準(zhǔn)溶液控制4%硝酸酸度(以體積分?jǐn)?shù)計(jì)算)。

表1 標(biāo)準(zhǔn)溶液質(zhì)量濃度

1.4 樣品溶液制備

準(zhǔn)確稱取0.1 g樣品于聚四氟乙烯坩堝中，加入少量水潤濕，加入幾滴1+1硝酸、2 mL高氯酸、8 mL氫氟酸，置于加蓋石棉網(wǎng)的電爐上，小火加熱，直至白煙冒盡。取下稍冷，加入1+1硝酸8 mL，少量熱水提取。待樣品提取完全后轉(zhuǎn)移至100 mL容量瓶中定容，分取20 mL溶液于50 mL容量瓶中，加入3.4 mL 1+1硝酸，定容。50 mL容量瓶中樣品用于測(cè)定鋁，100 mL容量瓶中樣品用于測(cè)定雜質(zhì)元素。同時(shí)制備試劑空白。

2 結(jié)果與討論

2.1 溶樣方法及酸度的影響

沸石分子篩傳統(tǒng)的溶樣方法是高溫銀坩堝堿熔。堿溶法溶樣適用于化學(xué)滴定法測(cè)定，不適用于儀器測(cè)定。因?yàn)閴A熔法溶樣會(huì)帶入大量的鹽，使基體干擾嚴(yán)重，同時(shí)也無法測(cè)定鈉、鉀雜質(zhì)。筆者采用高氯酸-氫氟酸溶樣，待高氯酸白煙冒盡，再加入硝酸提取。該溶樣方法的優(yōu)點(diǎn)在于，利用氫氟酸將大量的硅趕掉，消除了硅基體對(duì)其他組分的影響，待測(cè)定完畢，用100%減去鋁的含量即得硅的含量(樣品經(jīng)過800 ℃煅燒1 h，視其為干基；雜質(zhì)元素對(duì)硅含量無大影響，可忽略)。

考察了3種酸用量對(duì)溶樣的影響。分別對(duì)高氯酸(1、2、3 mL)、氫氟酸(6、8、10 mL)、硝酸(4、6、8、10 mL)的不同用量做了交叉實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)的原則是使用最少量的酸達(dá)到最佳的溶樣效果，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明最佳的酸用量為高氯酸2 mL、氫氟酸8 mL、硝酸4 mL。

2.2 儀器條件的優(yōu)化

2.2.1 高頻功率、霧化氣流量、輔助氣流量

儀器條件的優(yōu)化主要從高頻功率、霧化氣流量、輔助氣流量3個(gè)方面著手。對(duì)于冷卻氣流量、進(jìn)樣量、觀測(cè)高度3個(gè)條件，其對(duì)樣品測(cè)定影響不大，均采用儀器推薦的條件。對(duì)高頻功率(1 100、1 200、1 300、1 400 W)、霧化氣流量(0.6、0.7、0.8、0.9 L/min)、輔助氣流量(0.2、0.3、0.4 L/min)3個(gè)條件進(jìn)行了樣品測(cè)定影響實(shí)驗(yàn)[2-3]。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：隨著高頻功率的提高，各元素的發(fā)射強(qiáng)度同時(shí)提高，背景的強(qiáng)度也提高，在選擇最佳信倍比的前提下高頻功率選為1 300 W；隨著霧化氣流量的增大，各元素的發(fā)射強(qiáng)度增大，到一定值時(shí)開始降低，霧化氣流量最佳值為0.8 L/min；隨著輔助氣流量的增大，各分析元素的發(fā)射線強(qiáng)度也同時(shí)增大，輔助氣流量為0.2 L/min時(shí)信倍比最佳。

2.2.2 分析線的選擇

在各分析元素中Al為常量元素，分析線選擇時(shí)主要考察分析線在常量范圍內(nèi)的穩(wěn)定性，選擇兩條分析線396.153和394.401取其平均值，以降低儀器波動(dòng)的影響和分析線本身所帶來的誤差[4]。其他元素為雜質(zhì)元素，考察分析線的干擾情況，盡量選擇無干擾的分析線。各元素的分析線列于表2。

表2 各元素分析線

2.3 方法檢出限

采用WINLAB32軟件帶有的多光譜擬合技術(shù)(MSF)對(duì)各元素進(jìn)行光譜擬合，使雜質(zhì)元素如Cr、Cd、Hg、Pb等的檢出限得到改善[1]。在各元素的分析線處分別測(cè)定10次，按照標(biāo)準(zhǔn)偏差的3倍計(jì)算各元素的檢出限，見表3。由于Al為常量元素，無須考察其檢出限。

表3 各元素檢出限

2.4 方法回收率和精密度

在Beta25和Beta40樣品中分別加入一定量的標(biāo)準(zhǔn)溶液，驗(yàn)證方法的回收率、精密度，結(jié)果見表4。

2.5 對(duì)比實(shí)驗(yàn)

為了驗(yàn)證各元素的檢驗(yàn)準(zhǔn)確度，對(duì)Beta25和Beta40樣品，用ICP-AES法與化學(xué)滴定法(測(cè)定Al)、火焰光度計(jì)法(測(cè)定Na、K)、原子吸收法(測(cè)定Na、K、Fe)進(jìn)行測(cè)定對(duì)比，結(jié)果見表5。

表5 ICP-AES法、化學(xué)滴定法、火焰光度計(jì)法、原子吸收法分析結(jié)果對(duì)比

注：1)重金屬無其他對(duì)比方法，未做對(duì)比；2)SAR代表硅鋁物質(zhì)的量比。

3 結(jié)論

研究了ICP-AES測(cè)定沸石分子篩中主要和微量組分的方法，優(yōu)化了儀器條件，消除了儀器干擾，建立了Beta沸石樣品的分析方法，實(shí)驗(yàn)證明該方法可以滿足樣品分析的準(zhǔn)確度和精密度的要求。該方法樣品前處理簡單，各元素同時(shí)檢出，可以明顯提高沸石分析的速度。

[1] 張光炎.ICP-AES直接測(cè)定鐠釹合金中的主量成分和微量雜質(zhì)[C]//2004年美國PerkinElmer公司ICP-OES與ICP-MS用戶會(huì)論文集.上海:珀金埃爾默儀器(上海)有限公司(PerkinElmer),2004:57-60.

[2] 姜濤,雷志祥.ICP-AES測(cè)定Beta沸石分子篩中的Si和Al[J].光譜實(shí)驗(yàn)室,2003,20(3):350-352.

[3] 丘德仁.原子光譜分析[M].上海:復(fù)旦大學(xué)出版社,2002.

[4] 王慧,張屯,趙凡.ICP-AES法測(cè)定高硅鋁比ZSM-5分子篩中的Al含量[J].南煉科技,1999,8(6):36-37.