电感耦合等离子发射光谱法测定锂制品中的Cu、Pb、Zn、Ni、Ca、Mg、Mn、Cd

叶春生， 刘鸿， 潘建忠， 黎英

（赣州有色冶金研究所，江西 赣州341000）

0 引 言

金属锂在现代工业和科学技术中具有非常重要的作用，广泛应用于电池、电子、化工、医药、玻璃、橡胶、陶瓷、核工业、航空航天、金属冶炼、机械制造等领域[1-6].一些杂质的存在会对锂制品的性能产生很大的影响，因此检测出杂质的含量对科研和生产有积极的意义.目前主要的分析手段是离子色谱法、原子吸收光谱法、电感耦合等离子体质谱法和分光光度法.近年来，ICP-AES法应用于金属锂及锂盐中杂质元素的测定已有报道[7-10].本实验采用电感耦合等离子发射光谱法测定了锂制品中的Cu、Pb、Zn、Ni、Ca、Mg、Mn和Cd，具有操作简便快捷、精密度和准确度高的优点.

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

JY HORIBA Ultima 2等离子发射光谱仪.主要参数如下：

分辨率：0.006 nm（160～450 nm，4 320刻线/mm光栅）；RF发生器：固体电路，40.68 MHz，晶体控制；高盐雾化器；冷却气流量12 L/min；载气流量0.4 L/min，辅助气流0.2 L/min，进样速率2.5 mL/min.

氩气[w（Ar）≥99.99%].

实验用水为超纯水 （18.25 MΩ·cm）；硝酸（ρ：1.42 g/mL，经亚沸蒸馏提纯）；硝酸（1+1）（经亚沸蒸馏提纯）.

铜、锌、锰、镉、镍、铅、钙、镁标准贮存溶液：此溶液1 mL含各被测元素25.00 μg/mL.

高纯碳酸锂（Cu、Pb、Zn、Ni、Ca、Mg、Mn、Cd均小于0.000 1%）.

标准系列溶液配制：分别称取6份高纯碳酸锂2.661 5 g于200 mL烧杯中，缓慢加入20 mL硝酸（1+1），于低温处溶至清亮，冷却.移入6个100 mL溶量瓶中，并分别移取0.00 mL，0.50 mL，1.00 mL，2.00 mL，5.00 mL，10.00 mL混合标准贮存溶液于容量瓶中，用水稀释至刻度，混匀.各标准含量见表1.

表1 系列标准溶液含量表/（μg·mL-1）

1.2 分析步骤

（1）按表2称取试样于200 mL烧杯中，缓慢加入10 mL硝酸（1+1），于低温处溶至清亮，冷却.移入50 mL容量瓶中，用水稀释至刻度，混匀.

表2 样品试样量/g

（2）空白实验.称取高纯碳酸锂1.330 8 g于200 mL烧杯中，缓慢加入10 mL硝酸（1+1），于低温处溶至清亮，冷却.移入50 mL容量瓶中，用水稀释至刻度，混匀.

（3）将分析试液、空白试液与标准系列溶液同时进行氩等离子体光谱测定.

2 结果与讨论

2.1 基体浓度实验

ICP光谱分析中主要存在的干扰之一为基体效应，而基体浓度的影响又是产生基体效应的重要原因.当基体浓度加大时，使雾化率降低，分析元素测定的信号强度也随之降低[11].实验用无基体标准做工作曲线，测定不同基体浓度下各杂质浓度为2 μg/mL试样，通过回收率来考察基体效应，结果见表3.

表3 基体浓度实验结果

实验结果表明：锂浓度在2.5～6 mg/mL时基本没有基体效应，而随着基体浓度的增大基体效应就越明显，实验选择了锂浓度为5 mg/mL.

2.2 样品分解实验

实验按表2称样，考察不同的硝酸（1+1）用量对样品分解的影响，结果见表4.

表4 样品分解实验结果

实验结果表明：选择硝酸（1+1）用量为5.0 mL、7.5 mL碳酸锂样品及一水合氢氧化锂样品分解不清亮，硝酸（1+1）用量为10.0 mL、15.0 mL所有样品都分解清亮，考虑酸度越大对仪器腐蚀越大，选择硝酸（1+1）用量10.0 mL.

2.3 分析谱线的选择和谱线线性

由于锂基体谱线较为简单，干扰少[12].实验基本选择了各元素的最灵敏线，各线波长见表5.标准系列溶液线性R2均大于0.999 5，能满足分析要求.部分元素高中低谱线轮廓图和工作曲线见图1和图2.

图1 Cd谱线轮廓图

图2 Pb工作曲线

表5 分析谱线波长的选择结果

2.4 功率的选择

实验考察功率对测定的影响，在功率为900 W、950 W、1 000 W、1 050 W和1 100 W时对标准和样品进行测定，各谱线的发射强度随着功率的提高而增大，但对分析结果无影响.实验选择功率为1 000 W.

2.5 积分方式、积分时间的选择

由于被测元素含量较低，实验采用的是最大值积分方式，积分时间1 s，这样可以提高测定灵敏度.

2.6 检测限

在选定的条件下，用含高纯基体的空白样进行11次平行测定，计算其标准偏差（δ），按IUPAC规定（LOD=3δ）：Mn、Cd、Ni、Zn为0.5 μg/g，Ca、Cu、Mg为1 μg/g，Pb为2 μg/g.

2.7 回收率

为了考察方法的准确性，实验采用加标测定回收率的方式.在工业级氯化锂按表6加入各杂质标准溶液，测定其回收率，结果见表6.

表6 方法准确性实验结果

实验结果表明：本法的加标回收率在92%～110%，能满足分析要求.

2.8 方法精密度

由于实际样品各杂质元素含量较低，为了考察方法在测定不同含量时的精密度，试验用高纯碳酸锂配置了2个模拟样A和B（各杂质含量为0.001 5%和0.01%），对氯化锂和碳酸锂实际样品和模拟样进行了11次平行测定，结果见表7.

表7 样品方法精密度实验结果/%

实验结果表明：样品测定共11次，其RSD均小于5%，能满足分析要求.

3 结 论

通过以上实验数据可以得出结论如下：

（1）确定本法的最佳条件：选择锂浓度5 mg/mL，硝酸（1+1）用量10 mL，选择波长（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），选择仪器功率为1 000 W，采用最大值积分方式、积分时间为1 s.

（2）本法加标回收率为92%～110%，相对标准偏差小于5%.完全能满足分析要求.

（3）采用电感耦合等离子发射光谱法测定锂制品中的Cu、Pb、Zn、Ni、Ca、Mg、Mn、Cd，方法准确可靠，操作简单，精密度和准确度都能满足分析要求.本法具有实验室检测可操作性.测定范围Mn、Cd、Ni、Zn为0.000 05%～0.008 0%，Ca、Cu、Mg为0.000 1%～0.008 0%，Pb为0.000 2%～0.008 0%.

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