ICP測(cè)定水泥樣品中各組分的研究

韓曉軍

(中國(guó)建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心青?？傟?duì)，青海 西寧 810008)

水泥的主要化學(xué)成分是SiO2、CaO、Fe2O3、Al2O3，生產(chǎn)的水泥對(duì)鎂、鉀、鈉含量有一定的要求。在實(shí)際工作中，水泥中各組分的測(cè)定通常有容量法、分光光度法、原子吸收法等，但這些方法分析周期長(zhǎng)、成本高、準(zhǔn)確度差。筆者通過(guò)選取4個(gè)水泥國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)樣品各組分進(jìn)行了ICP法測(cè)定，認(rèn)為ICP法分析具有干擾小、精密度好、線性分析范圍寬和可多元素同時(shí)測(cè)定等優(yōu)點(diǎn)，在土壤、巖石、生物及環(huán)境樣品分析中被廣泛應(yīng)用。本文采用ICP電感耦合等離子發(fā)射光譜儀，對(duì)水泥樣品中多種元素含量進(jìn)行測(cè)定，取得了滿意的結(jié)果。

1 實(shí)驗(yàn)材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

溶液采用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)溶液。Fe、Al、K、Na、Ti等標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液為1mg/mL。消化用試劑均為優(yōu)級(jí)純，實(shí)驗(yàn)用水為高純水。實(shí)驗(yàn)儀器采用美國(guó)熱電ICAP6300電感耦合等離子發(fā)射光譜儀。

1.2 樣品處理及儀器工作參數(shù)

稱(chēng)取灰?guī)r樣品0.1000g于聚四氟乙烯燒杯中，加少量水潤(rùn)濕容器，加入5mL鹽酸和2mL硝酸，置于控溫電熱板上，于110℃加熱1h，加入15mL氫氟酸，1mL高氯酸，于110℃加熱2h，升溫至130℃高溫加熱2h，升溫至160～180℃趕盡高氯酸，取下冷卻，加入5mL硝酸和水少許，再加熱至完全溶解后，冷卻，過(guò)濾于100mL容量瓶中，用水稀釋到刻度，搖勻待測(cè)。

按同樣條件配制試劑空白。在相同實(shí)驗(yàn)條件下，處理加標(biāo)溶液，以備測(cè)定回收率用。

電感耦合等離子發(fā)射光譜儀工作參數(shù)：入射功率1.2kW；頻率27.12MHz；積分時(shí)間20s；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。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 測(cè)試結(jié)果

儀器提供的每種元素的分析譜線有幾十條，采用不同的譜線，所測(cè)定的結(jié)果相差甚遠(yuǎn)，因?yàn)樽V線間存在很大的干擾，不僅同一元素的不同譜線間存在干擾，而且不同元素的譜線間也存在嚴(yán)重的干擾。不同譜線的強(qiáng)度也不同。

本文通過(guò)對(duì)譜圖形狀的觀察(分析有無(wú)譜線干擾)、譜線強(qiáng)度數(shù)據(jù)對(duì)比、背景強(qiáng)度數(shù)據(jù)比較之后，再考察各個(gè)譜線的信噪比值情況加以綜合考慮，選擇最佳波長(zhǎng)。元素的分析譜線分別為：Fe 259.94nm、Al 396.152nm、K 766.491nm、Na 589.592nm、Ti 344.941nm。優(yōu)化后的實(shí)驗(yàn)條件下，對(duì)4個(gè)樣品水泥分別進(jìn)行分析，所得結(jié)果如表1所示。

表1 標(biāo)準(zhǔn)樣品測(cè)定結(jié)果(%)

2.2 回收實(shí)驗(yàn)

隨機(jī)抽取3個(gè)灰?guī)r樣品，對(duì)其中的任一樣品稱(chēng)取2份。1份定量加入標(biāo)準(zhǔn)溶液，另1份不加標(biāo)準(zhǔn)溶液，在相同的條件下處理，然后測(cè)定各元素的含量，并計(jì)算其回收率(見(jiàn)表2)。研究發(fā)現(xiàn)，所選擇各元素的譜線可以作分析線，可以避免元素間的光譜干擾。

表2 加入標(biāo)準(zhǔn)溶液的回收率

物理、化學(xué)、離子和光譜等干擾的消除：由于等離子體的高溫，水泥的ICP分析中，化學(xué)干擾較少。水泥中鉀、鈉較易電離，但鉀、鈉含量很低，離子干擾不太嚴(yán)重。因表面張力、粘度、密度和鹽分等造成霧化器提升效率的差異而引起的物理干擾，可以利用基體匹配來(lái)消除。至于光譜干擾，通過(guò)改變波長(zhǎng)選擇、對(duì)樣品濃度做適當(dāng)?shù)南♂寔?lái)消除。

背景的扣除：由于雜散光、譜帶展寬、低強(qiáng)度的分子連續(xù)發(fā)射等產(chǎn)生的背景,考慮較高濃度元素對(duì)測(cè)定的影響，通過(guò)選擇最合適的測(cè)定波長(zhǎng)、優(yōu)化儀器參數(shù)來(lái)尋求方法的最優(yōu)化設(shè)置。利用計(jì)算機(jī)操作軟件，選擇Fitted背景矯正,儀器會(huì)自動(dòng)進(jìn)行背景扣除。

2.3 檢出限和精密度

采用空白溶液和3個(gè)混合標(biāo)準(zhǔn)溶液繪制校準(zhǔn)曲線，連續(xù)測(cè)定11份加入基體的空白溶液，以3倍標(biāo)準(zhǔn)偏差計(jì)算方法檢出限，結(jié)果見(jiàn)表3。對(duì)于同一水泥標(biāo)準(zhǔn)樣品連續(xù)測(cè)定7次，計(jì)算相對(duì)偏差，分析其精密度，結(jié)果見(jiàn)表4。

表3 水泥中各元素檢出限

表4 水泥中各元素測(cè)定的精密度

3 結(jié)論

根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)定的精密度結(jié)果值，表明本ICP法測(cè)定水泥中各組分含量的靈敏度高，精密度與準(zhǔn)確度良好，可以適用于水泥組分分析。

[1]中國(guó)石油和化學(xué)工業(yè)協(xié)會(huì).GB/T 23942-2009化學(xué)試劑 電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法通則[S].北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2010.

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