ICP-AES法测定Beta沸石中常量和微量组分

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(天津海赛纳米材料有限公司，天津 300270)

沸石传统的分析方法是化学滴定法，即将沸石样品采用高温银坩埚碱溶，用酸调节到一定酸度，然后采用化学滴定法测定铝、硅含量，杂质含量的测定采用酸溶仪器测定。化学滴定法烦琐，耗时长，因此建立一套可以快速准确地测定沸石中主要组分的方法是必要的。笔者研究了ICP-AES法测定Beta沸石中的主要组分，确定了溶样方法，消除了组分间的干扰，优化了仪器条件。实验结果表明，采用ICP-AES法测定Beta沸石中的主要组分，常量元素RSD<1%，回收率为98.6%；杂质元素RSD<7%，回收率为85%～112.1%。方法简便，测定准确。

1 实验部分

1.1 仪器工作参数

美国PE公司Optimal 4300DV型电感偶合等离子体发射光谱仪。高频功率为1 300 W；冷却气流量为15 L/min；雾化气流量为0.8 L/min；辅助气流量为0.2 L/min；积分时间为1～5 s自动积分；进样量为1.5 mL/min；观测高度为15 mm。分析谱线(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 试剂

高氯酸、硝酸、氢氟酸，均为分析纯。储备标准溶液购于国家标准物质中心：铝标准溶液，100 μg/mL；钾、钠、铁、铬、镉、铅、汞标准溶液，1 000 μg/mL。

1.3 标准溶液制备

标准溶液按表1所示质量浓度配制。依据标准物质的相溶性和仪器测定中观测方向的不同配制3套系列标准溶液[1]：1)铝系列标准溶液；2)钠、钾、铁系列标准溶液；3)铬、镉、铅、汞为混标溶液。标准溶液控制4%硝酸酸度(以体积分数计算)。

表1 标准溶液质量浓度

1.4 样品溶液制备

准确称取0.1 g样品于聚四氟乙烯坩埚中，加入少量水润湿，加入几滴1+1硝酸、2 mL高氯酸、8 mL氢氟酸，置于加盖石棉网的电炉上，小火加热，直至白烟冒尽。取下稍冷，加入1+1硝酸8 mL，少量热水提取。待样品提取完全后转移至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容量瓶中样品用于测定铝，100 mL容量瓶中样品用于测定杂质元素。同时制备试剂空白。

2 结果与讨论

2.1 溶样方法及酸度的影响

沸石分子筛传统的溶样方法是高温银坩埚碱熔。碱溶法溶样适用于化学滴定法测定，不适用于仪器测定。因为碱熔法溶样会带入大量的盐，使基体干扰严重，同时也无法测定钠、钾杂质。笔者采用高氯酸-氢氟酸溶样，待高氯酸白烟冒尽，再加入硝酸提取。该溶样方法的优点在于，利用氢氟酸将大量的硅赶掉，消除了硅基体对其他组分的影响，待测定完毕，用100%减去铝的含量即得硅的含量(样品经过800 ℃煅烧1 h，视其为干基；杂质元素对硅含量无大影响，可忽略)。

考察了3种酸用量对溶样的影响。分别对高氯酸(1、2、3 mL)、氢氟酸(6、8、10 mL)、硝酸(4、6、8、10 mL)的不同用量做了交叉实验。实验的原则是使用最少量的酸达到最佳的溶样效果，实验结果表明最佳的酸用量为高氯酸2 mL、氢氟酸8 mL、硝酸4 mL。

2.2 仪器条件的优化

2.2.1 高频功率、雾化气流量、辅助气流量

仪器条件的优化主要从高频功率、雾化气流量、辅助气流量3个方面着手。对于冷却气流量、进样量、观测高度3个条件，其对样品测定影响不大，均采用仪器推荐的条件。对高频功率(1 100、1 200、1 300、1 400 W)、雾化气流量(0.6、0.7、0.8、0.9 L/min)、辅助气流量(0.2、0.3、0.4 L/min)3个条件进行了样品测定影响实验[2-3]。实验结果表明：随着高频功率的提高，各元素的发射强度同时提高，背景的强度也提高，在选择最佳信倍比的前提下高频功率选为1 300 W；随着雾化气流量的增大，各元素的发射强度增大，到一定值时开始降低，雾化气流量最佳值为0.8 L/min；随着辅助气流量的增大，各分析元素的发射线强度也同时增大，辅助气流量为0.2 L/min时信倍比最佳。

2.2.2 分析线的选择

在各分析元素中Al为常量元素，分析线选择时主要考察分析线在常量范围内的稳定性，选择两条分析线396.153和394.401取其平均值，以降低仪器波动的影响和分析线本身所带来的误差[4]。其他元素为杂质元素，考察分析线的干扰情况，尽量选择无干扰的分析线。各元素的分析线列于表2。

表2 各元素分析线

2.3 方法检出限

采用WINLAB32软件带有的多光谱拟合技术(MSF)对各元素进行光谱拟合，使杂质元素如Cr、Cd、Hg、Pb等的检出限得到改善[1]。在各元素的分析线处分别测定10次，按照标准偏差的3倍计算各元素的检出限，见表3。由于Al为常量元素，无须考察其检出限。

表3 各元素检出限

2.4 方法回收率和精密度

在Beta25和Beta40样品中分别加入一定量的标准溶液，验证方法的回收率、精密度，结果见表4。

2.5 对比实验

为了验证各元素的检验准确度，对Beta25和Beta40样品，用ICP-AES法与化学滴定法(测定Al)、火焰光度计法(测定Na、K)、原子吸收法(测定Na、K、Fe)进行测定对比，结果见表5。

表5 ICP-AES法、化学滴定法、火焰光度计法、原子吸收法分析结果对比

注：1)重金属无其他对比方法，未做对比；2)SAR代表硅铝物质的量比。

3 结论

研究了ICP-AES测定沸石分子筛中主要和微量组分的方法，优化了仪器条件，消除了仪器干扰，建立了Beta沸石样品的分析方法，实验证明该方法可以满足样品分析的准确度和精密度的要求。该方法样品前处理简单，各元素同时检出，可以明显提高沸石分析的速度。

[1] 张光炎.ICP-AES直接测定镨钕合金中的主量成分和微量杂质[C]//2004年美国PerkinElmer公司ICP-OES与ICP-MS用户会论文集.上海:珀金埃尔默仪器(上海)有限公司(PerkinElmer),2004:57-60.

[2] 姜涛,雷志祥.ICP-AES测定Beta沸石分子筛中的Si和Al[J].光谱实验室,2003,20(3):350-352.

[3] 丘德仁.原子光谱分析[M].上海:复旦大学出版社,2002.

[4] 王慧,张屯,赵凡.ICP-AES法测定高硅铝比ZSM-5分子筛中的Al含量[J].南炼科技,1999,8(6):36-37.