钾钠水玻璃中钾钠比检测方法的讨论

（天津市理化分析中心、天津市半导体技术研究所，天津 300051）

水玻璃是由碱金属氧化物和二氧化硅结合而成的可溶性碱金属硅酸盐材料，又称泡花碱。水玻璃可根据碱金属种类分为钠水玻璃和钾水玻璃。在焊材领域，根据需要可将二者按比例混合配成钾钠水玻璃，其中钾钠比（氧化钾与氧化钠质量之比）对最终产品质量有很大的影响。本文分别采用电感耦合等离子体原子发射光谱法（ICP-AES）[1,2]与HG/T2830-2009工业硅酸钾钠标准方法，同时辅助以X射线荧光光谱法（X-ray），对钾钠比进行检测比较，从而得出实验结论。

1 实验部分

1.1 主要仪器

1.1.1 电感耦合等离子体原子发射光谱（ICP-AES）

型号：Prodigy High Dispersion ICP型，生产厂家：美国利曼公司，工作参数：高频发射功率，1100W；冷却气流量，20LPM；辅助气流量，0.4 LPM；雾化气流量，30PSI；样品提升量，1.5mL/min；样品冲洗时间，30s；积分时间，10s；观测方式，径向Radial；测样次数，8次。

1.1.2 X射线荧光光谱（X-ray）

型号：9900XP上照射顺序式，生产厂家：美国赛墨飞世尔公司，应用软件：UniQuant 5.0。

1.2 试剂及主要器皿

分析操作使用分析纯试剂和二次蒸馏水，试剂取用均取自同一瓶。

硝酸（ρ=1.42 g/mL），盐酸（ρ=1.19 g/mL），氢氟酸（ρ=1.15g/mL），高氯酸（ρ=1.67 g/mL），无水乙醇，铂坩埚，古氏坩埚。

1.3 标准溶液

1.3.1 标准贮备液（均来自国家钢铁材料测试中心钢铁研究总院）

C(K)=1000ug/mL，C(Na)=1000ug/mL。

1.3.2 工作标准溶液质量浓度

由钾钠标准贮备液，按比例逐级稀释配制成钾钠混和标准工作曲线，酸度为盐酸1+9。钾钠标准工作曲线（μg/mL）：元素M0、M1、M2、M3中，K＆Na质量浓度为：0.00、10.00、100.0 、200.0。

1.4 实验方法

称取10.0000g试样，精确至0.0001g，用水洗入250mL聚四氟乙烯容量瓶中，以水稀释至刻度，混匀。

HG/T2830-2009工业硅酸钾钠标准方法：分取上述试液25.00mL于铂坩埚中，放在电炉上加热至体积约为10mL左右，加入氢氟酸25mL继续加热至体积约为10mL左右，加10mL高氯酸,于电炉上蒸发至冒白烟近干,取下放冷,加入无水乙醇约25mL,放置30min,用已知重量的恒重古氏坩埚(需预先在电烤箱120℃烘烤40min，放凉称重)用无水乙醇（99.9%以上）洗涤数次至干净为止,于120℃的电烤箱内烘干至恒重。计算钾钠比。

辅助以X射线荧光光谱法（X-ray）：对古氏坩埚中的沉淀，使用X射线荧光光谱仪进行检测，检测结果使用UniQuant 5.0进行分析。

电感耦合等离子体原子发射光谱法（ICPAES）：分取上述溶液2.00mL，于100mL聚四氟乙烯烧杯中，加入少量水，5mL水、5mL硝酸、滴加2mL氢氟酸，加热至样品溶解，加入5mL高氯酸加热至冒白烟，取下冷却，用水洗杯壁，在加热至近干，取下，加入5mL盐酸溶解盐类，以水定容于100mL容量瓶中，混匀。随同试料作试剂空白。待电感耦合等离子体原子发射光谱仪稳定后，倒入仪器中检测。

2 结果与讨论

2.1 电感耦合等离子体原子发射光谱法（ICP-AES）中钾、钠元素分析线的选择

按照分析线灵敏度相对较高且背景、共存元素干扰较小的原则，钾、钠元素分析线分别为：766.490、589.592。

2.2 电感耦合等离子体原子发射光谱法（ICP-AES）基体效应与谱线干扰

本文采用氢氟酸溶解样品，高氯酸冒烟挥硅处理，使硅元素基体干扰消除，再通过选择钾、钠元素的不同分析线，进行K(1.0μg/mL)、Na(1.0μg/mL)基体实验。结果表明：钾、钠元素分析线处干扰很小，基本可以忽略。

最佳谱线线性范围以保证最好线性拟和，研究了各主元素对微量元素的背景干扰程度，确定了各分析元素扣背景的位置（见表），即消除了主元素引起的连续背景干扰。

2.3 电感耦合等离子体原子发射光谱法（ICP-AES）的检出限和回收率

电感耦合等离子体原子发射光谱法（ICP-AES）根据仪器线性范围及实际样品中钾、钠元素含量范围按照1.3.2建立标准工作曲线，曲线回归方程相关系数均≥0.9999。

应用已建立的标准工作曲线，按照检出限测定方法，测定空白13次，并计算出钾、钠元素的方法检出限，见表1。

表1 钾、钠元素背景校正和方法检出限（n=13）

于同批样品中，分别加入10.00mL钾、钠标准溶液（C(K)=100μg/mL，C(Na)=100μg/mL。随同样品处理，测定其回收率（见表2）。回收率在96.0%～98.0%，相对标准偏差均小于0.6%。

表2 钾、钠元素回收率（n=4）

2.4 电感耦合等离子体原子发射光谱法（ICP-AES）与HG/T2830-2009工业硅酸钾钠标准方法结果比较

两种方法对相同样品多次重复检测，统计结果比较，见表3。

表3 两种方法结果比较（n=4）

2.5 X射线荧光光谱法（X-ray）辅助分析，并校正结果

于HG/T2830-2009工业硅酸钾钠标准方法古氏坩埚中将沉淀取出，使用X射线荧光光谱法（X-ray）检测，UniQuant 5.0进行计算，结果发现沉淀中有钠元素未除净，经多次实验计算，K:Na=24%:0.7%，此结果基本恒定。此未除净的钠元素形态，经理论推测以氯化钠形态几率较高。经过计算将钠元素按照氯化钠形态从沉淀中扣除，再重新计算钾钠比。结果见表4。

表4 重新计算后两种方法结果比较（n=4）

2.6 结果分析

HG/T2830-2009工业硅酸钾钠标准方法中，古氏坩埚沉淀出现较大偏差；电感耦合等离子体原子发射光谱法（ICP-AES）是检测钾钠比更为有效、快速、准确的方法。

[1]Ebert K H.Analysis of Portland Cement by ICP-AES[J].Atomic troscopy,1995(3):102-103.

[2]Rao R.N.TaⅡuri M.V.N.K.An overview of recent applications of inductively coupled plasma mass spectrometry[ICP-AES]in determination of inorganic impurities in drugs and pharmaceuticals[J].Journal of Pharmaceutical and Biomedical Analysis,2007.43(1):1-13.