火焰光度法测定粘土中碱含量的方法及注意事项

赵建清　王立花

摘 要：本文介绍了用火焰光度计，采用浓度直读法，以纯水为校正零点，10 μg/mL钾、钠、锂混合溶液为校准仪器的最高显示值，探讨了粘土中碱含量快速测定的方法。同时，阐述了在测定过程中的影响因素及注意事项。

关键词：粘土；碱含量；快速测定方法；火焰光度法；影响因素

1 引言

各种粘土质原料中都含有钾、钠、锂成份，不论是在生产过程中，还是在使用中，钾、钠、锂都是一种控制成分。在生产过程中，钾、钠、锂一部分高温挥发；一部分富集于煅烧系统。随着产品透锂长石含量的增加，热膨胀系数相应增大。因此，了解原料中钾、钠、锂的含量，具有重要的意义。

目前，按照分析方法标准，测定均采用火焰光度法。因为此方法具有操作简便、速度快、测定结果准确，并适用于大批试样的分析等优点。所以，本文仅介绍火焰光度法的测定方法及注意事项。

2 火焰光度法测定的原理

火焰光度法是用火焰激发被测元素，并以光电系统测量被测元素产生的谱线强度的一种分析方法。试样经氢氟酸-硫酸处理除去硅，用热水浸取残渣，以氨水和碳酸铵分离试样中的铁、铝、钙、镁等成份。而滤液中的钾、钠、锂成份采用火焰光度计进行测定。

3 仪器使用及方法

3.1 仪器的测定方法及存在问题

目前，测定钾、钠、锂成份使用的仪器是FD-650型火焰光度计，大体上由光源（燃烧系统）、单色器（色散系统）和检测器三部分组成。仪器构造分燃烧系统、色散系统和检测系统三部分。燃烧系统由喷雾器、燃烧灯、燃料气体（汽油、煤气、液化气-空气，火焰温度约1800 ℃，目前我们采用罐装液化气）和助燃气体（压缩空气）。将制备好的试样溶液经负压吸入雾化器，形成细雾状，在火焰中充分燃烧，能级跃迁发射具有特征波长的谱线；色散系统是通过滤光片将火焰中的复合光分离出钾、钠、锂的特征波长的谱线；检测系统是用光电池或光电管接受发射光谱的光强，将其转换为光电流。光电流的大小取决于谱线的强度，而谱线的强度直接与试样溶液中被测元素的浓度有关，在一定范围内有一种简单的函数关系，通过绘制标准曲线，可以对未知样品进行定量测定。

3.2 火焰光度法所存在的问题

火焰光度法虽然灵敏度高，仪器分析过程快捷，但在实际操作中，也存在很多的缺点，主要表现为以下几个方面：

（1） 试样溶液制备时间较长：为了得到与标准样品基本相同的基体溶液，需要进行5～6 h的准备时间。虽然仪器分析过程较快，但整个试样测定过程需要7～8 h。

（2） 每次测定需要绘制标准曲线做参照。

（3） 按测定标准要求，需用铂坩埚制备试样，材料成本较高。

（4） 由于测定过程长，制样步骤多，测定结果准确性的影响因素较多，系统误差较大。

3.3 测定方法与改进

众所周知，任何定量分析仪器都与化学分析方法不同，都需要有一系列参照值，做为准确度验证的基础，没有一台仪器在没有准确参照值的情况下会准确测出某物质的含量，火焰光度法测定也不例外。在原方法中，先配制一系列待测元素的标准比对溶液，其浓度范围一般为0～100 ppm；然后用火焰光度计分别测定每一溶液中待测元素的辐射强度，并以检流计读数与对应的浓度绘制成工作曲线。分析未知含量的试样时，首先将试样处理成溶液；然后按绘制工作曲线时的测定条件测出试样溶液的读数，再从工作曲线上查得相应的浓度，并算出被测元素的百分含量。

在日常工作中，我们发现，在测钾、钠、锂含量较低的被测样品时，其示值较为稳定，线性关系好。但含量较高的粘土质样品，发射强度大，火焰很不稳定，示值变动性较大，测定误差大，线性关系不好，其直线关系只在含量较小的范围内。以氯化钾、氯化钠为测量因子，浓度在0～10 μg/mL之间，仪器线性关系较好。因此，笔者采用了浓度直读法，可使测定区间限定在一定的范围内，取消了0～100 μg/mL标准曲线的绘制工序，每次可缩短1～2 h的时间。在仪器上直接将蒸馏水测定值作为校准仪器零点，以含氯化钾和氯化钠分别为10 μg/mL的混合溶液校准仪器的最高显示值，来作工作曲线。

采用以上方法进行测定，由于0～10 μg/mL的浓度区间较小，在测样品含量时，读数常在曲线上部或超出示值范围。为了解决这一问题，笔者将试样溶液制好后，稀释10倍后再进行吸样测定，有效地使示值显示在曲线的中下部，保证了读数的准确性。

此外，测定钾、钠、锂要用铂坩埚进行试样分解，由于铂器皿十分贵重，样品多时，日常管理较难，成本也很大。因此，笔者采用价格比较低廉的聚氟四乙烯器皿，且能保持较好的准确性，代替了昂贵的铂器皿。减少了贵金属的使用率，降低了分析成本。

4 火焰光度法的操作步骤

称取试样0.0500 g（根据试样中碱含量的多少确定），精确至0.0001 g，置于聚氟四乙烯器皿中；加少量水润湿，以及加入10 mL氢氟酸和20滴硫酸（1+1）；放入通风橱内电热板上缓慢加热，蒸发至干，近干时摇动器皿以防溅失；至白色浓烟完全逸尽后，取下冷却至室温；加入15～20 mL热水，压碎残渣使其溶解，加一滴甲基红指示剂溶液，用氨水（1+1）中和至黄色；再加入10 mL 碳酸铵溶液，进行搅拌；然后放入通风橱内电热板上低温加热30～40 min。用快速滤纸过滤，以热水洗涤，滤液及洗液盛于250 mL容量瓶中，冷却至室温。用盐酸（1+1）中和至溶液呈微红色，用水稀释至标线，摇匀。在此期间打开火焰光度计进行预热，调节至最佳工作状态，按仪器使用规程进行测定。在工作曲线上分别查出每100 mL 试验溶液中氧化钾、氧化钠、氧化锂的质量。再根据计算公式进行计算。

5 影响火焰光度法准确度的因素

5.1 仪器激发情况不稳定

（1） 仪器要经过充分的预热（开机20～30 min）方可点火，预热时间不够，影响读数的重现性。

（2） 调节燃气阀使火焰形成30～60 mm的锥形火焰，底部稍带弯曲的火焰形成稳定状态。燃气流量过大，仪器稳定性和线性响应变差，过小则容易熄火。因此，调节应兼顾灵敏度、稳定性及线性的响应。

（3） 吸样量的大小对实验结果也产生较大影响，吸液量过小，造成结果偏低；吸液量过大，雾化效果差，结果不准确。因此，检查吸液量应为每分钟控制在2～3 mL之间。

（4） 用去离子水校零后，用10 ug/mL标准溶液确定高标，使仪器钾、钠、锂通道示值均显示10.0，则说明曲线已建好。曲线建好后用去离子水和标准溶液分别监测仪器的示值的重复性，观察吸入去离子水能否回零、吸10 ug/mL的标准溶液能否达到10.0，一般监测3次，示值在±0.2范围内波动，即可使用。

5.2 试样制备的影响

（1） 为了使仪器测定时数值显示在曲线中下部位，根据钾、钠、锂含量的经验值，确定称样量。样品溶液制备好后进行二次稀释，稀释倍数为5～10倍。

（2） 同一次测定使用同一批分析药品，使用同一容器中的去离子水，因为不同批次的药品和杂质含量不同，会对分析结果产生一定的影响。

（3） 为了消除试剂中钾、钠、锂离子的影响，每批次测定时都要做空白试验，计算时减去空白值后代入公式计算。

（4） 在用氨水和碳酸铵分离铁时，配置的碳酸铵时间过长会影响钙、镁含量，致使结果偏高，所以碳酸铵要现用现配。

（5） 做到三个确保：确保分解时白烟充分冒尽方可进入下一步骤，否则结果偏高；确保试样制备时加热过程中没有液体溅出，以及溶液在转移时没有损失，否则结果偏低；确保深沉分离后过滤洗涤充分，不然沉淀包裹滤液结果偏低。

6 结论

采用火焰光度法测定粘土碱含量是目前比较常用的方法之一，其具有快速、准确、稳定、可靠等优点。并且可操作性强，适用于生产例行控制。