電感耦合等離子發(fā)射光譜法測定鋰制品中的Cu、Pb、Zn、Ni、Ca、Mg、Mn、Cd

葉春生， 劉鴻， 潘建忠， 黎英

（贛州有色冶金研究所，江西 贛州341000）

0 引 言

金屬鋰在現(xiàn)代工業(yè)和科學(xué)技術(shù)中具有非常重要的作用，廣泛應(yīng)用于電池、電子、化工、醫(yī)藥、玻璃、橡膠、陶瓷、核工業(yè)、航空航天、金屬冶煉、機(jī)械制造等領(lǐng)域[1-6].一些雜質(zhì)的存在會對鋰制品的性能產(chǎn)生很大的影響，因此檢測出雜質(zhì)的含量對科研和生產(chǎn)有積極的意義.目前主要的分析手段是離子色譜法、原子吸收光譜法、電感耦合等離子體質(zhì)譜法和分光光度法.近年來，ICP-AES法應(yīng)用于金屬鋰及鋰鹽中雜質(zhì)元素的測定已有報(bào)道[7-10].本實(shí)驗(yàn)采用電感耦合等離子發(fā)射光譜法測定了鋰制品中的Cu、Pb、Zn、Ni、Ca、Mg、Mn和Cd，具有操作簡便快捷、精密度和準(zhǔn)確度高的優(yōu)點(diǎn).

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

JY HORIBA Ultima 2等離子發(fā)射光譜儀.主要參數(shù)如下：

分辨率：0.006 nm（160～450 nm，4 320刻線/mm光柵）；RF發(fā)生器：固體電路，40.68 MHz，晶體控制；高鹽霧化器；冷卻氣流量12 L/min；載氣流量0.4 L/min，輔助氣流0.2 L/min，進(jìn)樣速率2.5 mL/min.

氬氣[w（Ar）≥99.99%].

實(shí)驗(yàn)用水為超純水 （18.25 MΩ·cm）；硝酸（ρ：1.42 g/mL，經(jīng)亞沸蒸餾提純）；硝酸（1+1）（經(jīng)亞沸蒸餾提純）.

銅、鋅、錳、鎘、鎳、鉛、鈣、鎂標(biāo)準(zhǔn)貯存溶液：此溶液1 mL含各被測元素25.00 μg/mL.

高純碳酸鋰（Cu、Pb、Zn、Ni、Ca、Mg、Mn、Cd均小于0.000 1%）.

標(biāo)準(zhǔn)系列溶液配制：分別稱取6份高純碳酸鋰2.661 5 g于200 mL燒杯中，緩慢加入20 mL硝酸（1+1），于低溫處溶至清亮，冷卻.移入6個(gè)100 mL溶量瓶中，并分別移取0.00 mL，0.50 mL，1.00 mL，2.00 mL，5.00 mL，10.00 mL混合標(biāo)準(zhǔn)貯存溶液于容量瓶中，用水稀釋至刻度，混勻.各標(biāo)準(zhǔn)含量見表1.

表1 系列標(biāo)準(zhǔn)溶液含量表/（μg·mL-1）

1.2 分析步驟

（1）按表2稱取試樣于200 mL燒杯中，緩慢加入10 mL硝酸（1+1），于低溫處溶至清亮，冷卻.移入50 mL容量瓶中，用水稀釋至刻度，混勻.

表2 樣品試樣量/g

（2）空白實(shí)驗(yàn).稱取高純碳酸鋰1.330 8 g于200 mL燒杯中，緩慢加入10 mL硝酸（1+1），于低溫處溶至清亮，冷卻.移入50 mL容量瓶中，用水稀釋至刻度，混勻.

（3）將分析試液、空白試液與標(biāo)準(zhǔn)系列溶液同時(shí)進(jìn)行氬等離子體光譜測定.

2 結(jié)果與討論

2.1 基體濃度實(shí)驗(yàn)

ICP光譜分析中主要存在的干擾之一為基體效應(yīng)，而基體濃度的影響又是產(chǎn)生基體效應(yīng)的重要原因.當(dāng)基體濃度加大時(shí)，使霧化率降低，分析元素測定的信號強(qiáng)度也隨之降低[11].實(shí)驗(yàn)用無基體標(biāo)準(zhǔn)做工作曲線，測定不同基體濃度下各雜質(zhì)濃度為2 μg/mL試樣，通過回收率來考察基體效應(yīng)，結(jié)果見表3.

表3 基體濃度實(shí)驗(yàn)結(jié)果

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：鋰濃度在2.5～6 mg/mL時(shí)基本沒有基體效應(yīng)，而隨著基體濃度的增大基體效應(yīng)就越明顯，實(shí)驗(yàn)選擇了鋰濃度為5 mg/mL.

2.2 樣品分解實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)按表2稱樣，考察不同的硝酸（1+1）用量對樣品分解的影響，結(jié)果見表4.

表4 樣品分解實(shí)驗(yàn)結(jié)果

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：選擇硝酸（1+1）用量為5.0 mL、7.5 mL碳酸鋰樣品及一水合氫氧化鋰樣品分解不清亮，硝酸（1+1）用量為10.0 mL、15.0 mL所有樣品都分解清亮，考慮酸度越大對儀器腐蝕越大，選擇硝酸（1+1）用量10.0 mL.

2.3 分析譜線的選擇和譜線線性

由于鋰基體譜線較為簡單，干擾少[12].實(shí)驗(yàn)基本選擇了各元素的最靈敏線，各線波長見表5.標(biāo)準(zhǔn)系列溶液線性R2均大于0.999 5，能滿足分析要求.部分元素高中低譜線輪廓圖和工作曲線見圖1和圖2.

圖1 Cd譜線輪廓圖

圖2 Pb工作曲線

表5 分析譜線波長的選擇結(jié)果

2.4 功率的選擇

實(shí)驗(yàn)考察功率對測定的影響，在功率為900 W、950 W、1 000 W、1 050 W和1 100 W時(shí)對標(biāo)準(zhǔn)和樣品進(jìn)行測定，各譜線的發(fā)射強(qiáng)度隨著功率的提高而增大，但對分析結(jié)果無影響.實(shí)驗(yàn)選擇功率為1 000 W.

2.5 積分方式、積分時(shí)間的選擇

由于被測元素含量較低，實(shí)驗(yàn)采用的是最大值積分方式，積分時(shí)間1 s，這樣可以提高測定靈敏度.

2.6 檢測限

在選定的條件下，用含高純基體的空白樣進(jìn)行11次平行測定，計(jì)算其標(biāo)準(zhǔn)偏差（δ），按IUPAC規(guī)定（LOD=3δ）：Mn、Cd、Ni、Zn為0.5 μg/g，Ca、Cu、Mg為1 μg/g，Pb為2 μg/g.

2.7 回收率

為了考察方法的準(zhǔn)確性，實(shí)驗(yàn)采用加標(biāo)測定回收率的方式.在工業(yè)級氯化鋰按表6加入各雜質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)溶液，測定其回收率，結(jié)果見表6.

表6 方法準(zhǔn)確性實(shí)驗(yàn)結(jié)果

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：本法的加標(biāo)回收率在92%～110%，能滿足分析要求.

2.8 方法精密度

由于實(shí)際樣品各雜質(zhì)元素含量較低，為了考察方法在測定不同含量時(shí)的精密度，試驗(yàn)用高純碳酸鋰配置了2個(gè)模擬樣A和B（各雜質(zhì)含量為0.001 5%和0.01%），對氯化鋰和碳酸鋰實(shí)際樣品和模擬樣進(jìn)行了11次平行測定，結(jié)果見表7.

表7 樣品方法精密度實(shí)驗(yàn)結(jié)果/%

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：樣品測定共11次，其RSD均小于5%，能滿足分析要求.

3 結(jié) 論

通過以上實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以得出結(jié)論如下：

（1）確定本法的最佳條件：選擇鋰濃度5 mg/mL，硝酸（1+1）用量10 mL，選擇波長（Zn：213.856 nm；Ca：396.847 nm；Cd：228.802 nm；Cu：324.754 nm；Mg：280.270 nm；Mn：259.373 nm；Ni：231.604 nm；Pb：220.353 nm），選擇儀器功率為1 000 W，采用最大值積分方式、積分時(shí)間為1 s.

（2）本法加標(biāo)回收率為92%～110%，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差小于5%.完全能滿足分析要求.

（3）采用電感耦合等離子發(fā)射光譜法測定鋰制品中的Cu、Pb、Zn、Ni、Ca、Mg、Mn、Cd，方法準(zhǔn)確可靠，操作簡單，精密度和準(zhǔn)確度都能滿足分析要求.本法具有實(shí)驗(yàn)室檢測可操作性.測定范圍Mn、Cd、Ni、Zn為0.000 05%～0.008 0%，Ca、Cu、Mg為0.000 1%～0.008 0%，Pb為0.000 2%～0.008 0%.

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