氧化鋅壓敏陶瓷中鉍、銻、鈷、鎳、錳、鉻的研究*——ICP-AES法

余 航，管洪素，胡馨馳，袁 波▲

(1貴州省檢測(cè)技術(shù)研究應(yīng)用中心，貴州 貴陽(yáng) 550014；2貴州省分析測(cè)試研究院，貴州 貴陽(yáng) 550014)

0 引言

氧化鋅壓敏電阻器(或非線性電阻)一般是由ZnO粉料按不同配比摻雜Bi、Sb、Co、Mn、Cr等金屬氧化物，通過(guò)常規(guī)電子陶瓷制備工藝高溫?zé)Y(jié)而成[1]。壓敏電阻制造工藝中最重要的是ZnO和其他金屬氧化物的均勻混合[2-3]。分析陶瓷體中元素含量也可以從一方面判斷其均勻程度。電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法 (inductively coupled plasma atomic emission spectrometry，簡(jiǎn)稱ICP-AES) 分析技術(shù)自20世紀(jì)60年代問(wèn)世以來(lái)，便因?yàn)槠渚哂械臋z出限低、基體效應(yīng)小、精密度高、靈敏度高、線性范圍寬以及多元素同時(shí)分析等諸多優(yōu)點(diǎn)而得以廣泛應(yīng)用[4]。本文選用ICP-AES同時(shí)測(cè)定壓敏陶瓷中的鉍、銻、鈷、鎳、錳、鉻方法簡(jiǎn)便快捷，可在壓敏陶瓷生產(chǎn)過(guò)程中起一定指導(dǎo)作用。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要儀器設(shè)備

PerkingElmer Avio500系列電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀(美國(guó)鉑金埃爾默)。

1.2 主要試劑

鉍、銻、鈷、鎳、錳、鉻標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液(1 mg/mL)；酒石酸200 g/L；硫酸(優(yōu)級(jí)純)；硝酸(優(yōu)級(jí)純)；鹽酸(優(yōu)級(jí)純)；氫氟酸(優(yōu)級(jí)純)；鋅粒(99.999%)。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

樣品制成粉末狀，過(guò)100目篩。稱取0.5 g試樣(精確至0.0002 g)于250 mL燒杯中，用水潤(rùn)濕后加10 mL濃硫酸，高溫冒煙分解至溶液澄清后取下冷卻。加10 mL水、2 mL酒石酸，定容至100 mL，將試液稀釋10倍于100 mL容量瓶，補(bǔ)加2 mL酒石酸，待測(cè)。隨同試樣做空白試驗(yàn)。

1.4 校準(zhǔn)曲線

移取不同體積和濃度的鉍、銻、鈷、鎳、錳、鉻標(biāo)準(zhǔn)溶液，加1 mL濃硫酸、2 mL酒石酸，定容100 mL，搖勻，配置混合標(biāo)準(zhǔn)溶液系列，見(jiàn)表1。用ICP-AES繪制校準(zhǔn)曲線。

表1 混合標(biāo)準(zhǔn)溶液系列(單位：μg·mL-1)Tab.1 Concentration of a series of standard mixturesolutions(μg·mL-1)

2 結(jié)果與討論

2.1 儀器條件的選擇

表2 元素的分析譜線Tab.2 Analytical spectral lines of the elements

表3 儀器測(cè)定條件Tab.3 Instrument operational conditions

2.2 分解酸的選擇

鉍、銻、鈷、鎳、錳、鉻幾種元素氧化物在一般情況下可溶于鹽酸和硝酸。經(jīng)試驗(yàn)，鹽酸、硝酸或者鹽酸硝酸加氫氟酸均不能得到滿意的效果，最后使用硫酸分解完全。

2.3 介質(zhì)和酸度的選擇

酒石酸和硫酸引入，可能對(duì)分析結(jié)果產(chǎn)生影響，選擇4#標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)溶液，分別加入0～4 mL酒石酸，0～5 mL硫酸，結(jié)果見(jiàn)圖1、圖2。

圖1 酒石酸對(duì)測(cè)定結(jié)果的影響Fig.1 Effect of tartaric acid on the determination results

圖2 硫酸對(duì)測(cè)定結(jié)果的影響Fig.2 Effect ofsulfuric acid on the determination results

圖1可以看出，酒石酸對(duì)銻、鉍的穩(wěn)定起較大作用，其他元素則無(wú)影響。為保證銻、鉍元素充分溶解，選擇加入2 mL酒石酸(200 g/L)。

圖2可以看出，硫酸對(duì)元素測(cè)定的影響十分明顯，隨著硫酸量的增加，測(cè)定值也有明顯降低，所以樣品測(cè)試時(shí)必須盡量保證硫酸濃度一致。樣品稀釋后含有1 mL硫酸，所以溶液補(bǔ)加1 mL硫酸。

2.4 基體的影響

氧化鋅壓敏陶瓷中主要元素是Zn元素，選擇4#標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)的標(biāo)準(zhǔn)溶液，依次加入0～125 mg基體鋅。從圖3可以看出基體對(duì)測(cè)定元素的影響幾乎沒(méi)有。選擇同稀釋后樣品保持一致加入50 mg基體鋅。

圖3 鋅對(duì)測(cè)定結(jié)果的影響Fig.3 Effect of zincon the determination results(mg)

2.5 方法的檢出限和精密度

按實(shí)驗(yàn)方法對(duì)同一組氧化鋅壓敏陶瓷進(jìn)行7次測(cè)定，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD，n=7)小于2%，方法重現(xiàn)性好。用補(bǔ)加基體、硫酸、酒石酸的空白試液測(cè)定(n=11)，根據(jù)所測(cè)元素的3倍標(biāo)準(zhǔn)偏差(SD)及工作曲線斜率(k)，計(jì)算得出新方法鉍、銻、鈷、鎳、鉻檢出限均小于0.009 μg/mL，錳檢出限小于0.0005 μg/mL，見(jiàn)表4。

表4 檢出限和精密度Tab.4 Detection limits and precisions of the method

2.6 方法加標(biāo)回收率

按試驗(yàn)辦法對(duì)氧化鋅壓敏陶瓷樣品進(jìn)行分析，在該樣品前處理步驟加標(biāo)，計(jì)算得到鉍、銻、鈷、鎳、錳、鉻6元素的前處理加標(biāo)回收率在99.11%～102.23%，見(jiàn)表5。

表5 回收試驗(yàn)結(jié)果(單位：μg·mL-1)Tab.5 Results of recovery tests(μg·mL-1)

3 結(jié)論

經(jīng)過(guò)試驗(yàn)可以看出，ICP-AES法測(cè)定氧化鋅壓敏陶瓷中的鉍、銻、鈷、鎳、錳、鉻，具有高靈敏度和低檢出限，方法簡(jiǎn)便快捷，結(jié)果準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)氧化鋅壓敏陶瓷產(chǎn)品均勻性檢驗(yàn)有一定指導(dǎo)意義。