MP-AES法测定磷酸铁锂中Li、Fe、Ca的分析方法

许胜霞 ， 王小利 ， 刘晓晓 ， 施秀华

(多氟多化工股份有限公司 ， 河南 焦作 454191)

0 引言

1 实验

1.1 试剂及仪器

高纯盐酸(1∶1)，北京化学试剂厂；高纯硝酸(5%)，北京化学试剂厂；铁标液(1 000mg/L)，中国计量科学院；锂、钙标液(100mg/L)，中国计量科学院；水均为一级水。

MP微波等离子体光谱仪(美国，Aglient公司)；万分之一电子天平(梅特勒Al204)。

1.2 实验方法

称取0.5g试样于250mL烧杯中，加25mL高纯盐酸(1∶1)，置于电炉上加热溶解直至不再反应，冷却后过滤于100mL容量瓶中，冲洗滤纸8～10次，定容摇匀，即为A液。从A液中移取5.00mL于100mL容量瓶中，稀释到刻度，定容摇匀，即为B液。从A液中称取2.00mL于100mL容量瓶中，稀释到刻度，定容摇匀，即为C液。

MP-AES点炬冲洗稳定，仪器开机准备好后，进标准溶液绘制工作曲线，进C液测铁元素，进B液测锂元素，进A液测钙元素。

2 结果与讨论

2.1 波长选择

每种待测元素选取多条谱线进行分析，综合考虑干扰情况、谱线强度、信背比和检出限等方面，选择无基体、元素间干扰、信背比和检出限低的谱线，见图1～3。从图1～3对比可知：①323.636nm基线稍微有漂移，出峰位置有部分偏移，信背比小，且积分点附近有杂峰干扰，强度小，只有1 807cps。②480.289nm信背比，比323.636nm高，但是积分点附近有杂峰干扰。③610.365nm基线平稳，峰型较好，无杂峰干扰，610.365nm的强度为108 380cps，比480.289nm强度9 069cps高，故610.365nm更适合测定锂含量。同理可以得出铁、钙的最佳测试波长，结果如表1所示。

图1 Li的谱线图

图2 Fe的谱线图

图3 Ca的谱线图

表1 待测元素的波长

2.2 工作曲线的绘制

分别取铁标准溶液(1 000mg/L)0、2.5、3.0、3.5、4.0mL置于一组100mL容量瓶中，分别取锂标准溶液(100mg/L)0、8.0、10.0、12.0、14.0mL置于同一组100mL容量瓶中，分别取钙标准溶液(100mg/L)0、1.0、2.0、3.0、4.0mL置于同一组100mL容量瓶中，用一级水稀释至刻度，定容摇匀。此混合标液的含量见表2。

(2)交叉操作 机器链采用基于工件的交叉和两点交叉，工序链采用优先操作交叉和改进优先操作交叉[23]。基于工件的交叉如图3所示，交换两个任选工件的机器，两点交叉如图4所示，交换两随机位置点之间的基因片段。

表2 Li、Fe、Ca的混合标液

根据标准工作溶液的配制和元素波长的选择，利用MP-AES进行检测，以元素浓度为横坐标，发射强度为纵坐标，绘制标准曲线，得到标准曲线的线性方程和相关系数见表3。

表3 Li、Fe、Ca线性方程和线性关系

2.3 仪器条件观察位置和雾化器流量的选择

影响MP-AES分析的主要因素有观测位、雾化器流量。对参数进行优化，用第3个标液检测，通过仪器自动优化，观察谱线强度和信背比来确定仪器参数，仪器的最佳观测位和雾化器流量结果如表4所示。

2.4 仪器检出限测定

对空白溶液连续测定11次，并计算标准偏差，以标准偏差的3倍所对应的浓度为各元素的检出限。

表5 仪器检出限

将5种条件进行背景相当浓度和检出限测定，结果表明检出限为0.012～0.019mg/L，符合仪器和方法的要求。

2.5 加标回收率

依据上述优化的分析方法，在一定量已知浓度标准溶液中加入待测样品，重复测定6次，由加入前后的Li、Fe、Ca的含量计算回收率。实验结果如表6所示。

表6 样品回收率试验

将所测的加标回收率进行比较，每个元素选取最优的加标回收率值，其范围为100%～109%，符合加标回收率要求。

2.6 精密度

平行称取磷酸铁锂样品11次，按照试验方法对样品连续测定11次，计算其相对标准偏差。

表7 样品相对标准偏差

将样品进行精密度试验，共测试11次，结果表明相对标准偏差为0.99%～3.68%，均<5%，说明仪器和方法的重复性都比较好，能满足检测要求。

2.7 不确定度评定的结果

不确定度评定的结果如表8所示。

表8 不确定度评定的结果

3 结论

采用微波等离子体光谱仪，可以同时检测磷酸铁锂的主元素和杂质元素含量，提高了检测效率。该方法采用待测元素波长分别为：Li610.365nm、Fe371.993nm、Ca393.366nm，用微波等离子体光谱仪最佳测试条件下检测待测液中的Li、Fe、Ca含量工作曲线线性R>0.999 67，通过加标回收实验和精密度实验，各元素的加标回收率为100%～109%，各元素的精密度为0.99%～3.68%。实验结果表明该方法简便、快速、准确，能满足磷酸铁锂材料中主元素和杂质元素的质量监控需要，能很好地指导生产。

[1] 王晓艳,王 星,王玉峰.LiFePO4化学成分测定[J].电源技术,2006,30(9):764-767.

[2] 白晓艳,马小利,杨 蓉,等.ICP-AES法测定磷酸铁锂中杂质元素的分析方法[J].电源技术,2016,40(1):40-43.

[3] 徐金玲.锂离子电池正极材料镍钴锰酸锂中镍、钴、锰含量测定[J].矿冶工程,2013,33(2):120-124.

[4] 张 玲,陈 平,张 涛,等.锂离子电池正极材料中钴、镍、锰的测定[J].电池,2005,35(1):78-79.

化学所首次揭示冷表面冰晶生长模式

输电设备、飞行器、船舶及地面交通工具等表面的结冰会影响这些设备正常运行，严重时对经济和民生造成巨大损失。2008年初，我国南方地区遭受的冰雪灾害，直接经济损失达上千亿元。我们每年用于冰箱、空调除冰、除霜所耗电量与三峡发电站年发电量相当。解决冷表面结冰问题的关键是从分子层面理解并控制冰在冷表面上的生长。冷表面上的冰晶形貌是水分子与固体表面相互作用的结果。冬天窗户上的冰晶形貌不一、令人着迷。近年来有不少理论和实验研究固体表面水分子的微观结构，但冰晶的宏观形貌和固体表面水分子的微观结构的相互关系却是未解之谜。

在国家自然科学基金委、科技部和中国科学院的大力支持下，中科院化学研究所绿色印刷院重点实验室研究员王健君课题组，通过近8年的时间，自主搭建了不同尺度下观察表面冰晶成核、冰晶生长及冰晶重结晶等过程的研究平台。近日，科研人员通过在表面上引入纳米成核剂的方法，排除冰晶成核及冰晶生长过程中释放的潜热对冰晶形貌的影响，研究不同浸润性固体表面上的冰晶生长。他们发现，当固体表面的接触角小于一个临界值时，冰晶沿着表面生长；而当固体表面的接触角大于这个临界值时，冰晶离开表面生长。与美国林肯大学教授曾晓成课题组合作，通过分子动力学模拟发现固体表面类冰界面水的存在与否是决定冰晶生长的关键原因；实验和模拟都证实冰晶生长模式转换的临界接触角值约为35°，建立了界面水的微观结构与宏观冰晶形貌之间的关系。

此外，研究人员利用冰晶离开表面生长时与表面接触面积小，使冰与固体表面黏附低的实验发现，通过在表面喷涂冰成核剂的方法，实现超低冰黏附的表面，使表面附着的冰在微风作用下得以脱落，为制备超低冰黏附防覆冰涂层提供了全新的思路和方法。