微波消解-电感耦合等离子体原子发射光谱法同时测定滑石粉中的硅及其他元素的含量

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滑石粉的主要成分是含水硅酸镁,具有润滑、抗粘、助流、耐高温等优良特性[1],在食品[2]、医药[3]、汽车[4]、造纸[5]等方面应用广泛,滑石粉中各组分的含量对其理化性能以及人的身体健康有着重大的影响[6]。因此,研究滑石粉中无机元素检测方法具有重要意义。

目前滑石粉中无机元素分析方法有化学分析法[7-8]、原子吸收光谱法(AAS)[9-12]、电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)[13-14]、电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)[15-16]等。国家标准[17-18]中采用化学分析法,不同的元素采用不同的化学分析方法,不仅操作繁琐,且容易造成污染。AAS不能进行多元素同时分析,对于不同的元素可能需要更换不同的阴极灯光源。ICP-AES和ICP-MS具有精密度高、检出限低、可同时分析多元素的优点,近年来在滑石粉中无机元素分析中应用频繁,这两种方法在分析样品时通常需要将样品消解成溶液。

常见的消解方法包括电热板消解法、碱熔法[9,13,19]和微波消解法[14-15,20]。虽然这3种消解方法处理滑石粉样品均有文献报道,但具体哪一种消解方式更合适目前没有相关报道,尤其是测定硅时一般采用碱熔法,关于微波消解法中硅的损失问题也没有详细的报道。本工作探讨了3种消解方法对滑石粉中Al、Ca、Fe、Mg、Si等主次元素测定结果的影响,并最终选择微波消解法进行样品前处理,随后利用ICP-AES及耐氢氟酸进样系统实现滑石粉中Si及其他主次元素同时分析,并通过加标回收试验讨论硅的损失问题。

1 试验部分

1．1 仪器与试剂

ICP-5000双向观测型电感耦合等离子体原子发射光谱仪,配耐氢氟酸进样系统等配件;MX-8000型微波消解仪;SmartLab HP-306DN型电热板;Mill-Q超纯水系统。

Al、Ca、Fe、Mg、Si等5种单元素标准储备溶液:1.000 g·L-1,使用时用硝酸(1+49)溶液稀释配制成质量浓度为0,0.5,1.0,2.0,5.0 mg·L-1的混合标准溶液系列。

氢氧化钠为分析纯;氢氟酸、硝酸、盐酸、30%(质量分数,下同)双氧水均为优级纯;试验用水为超纯水。

1．2 仪器工作条件

射频功率为1 150 W;水平观测模式;冷却气流量为12 L·min-1,雾化气流量为0.6 L·min-1,辅助气流量为1 L·min-1;冲洗泵速和分析泵速分别为100 r·min-1和50 r·min-1;积分时间选择自动智能积分,长波10 s,短波15 s。

1．3 试验方法

电热板消解法:称取样品0.200 0 g于聚四氟乙烯烧杯中,加入氢氟酸6 mL,加盖浸泡过夜。随后置于电热板上加热赶酸至尽干,冷却后加入硝酸-盐酸(1+3)混合酸8 mL反应一段时间后,置于电热板上赶酸至2 mL左右,加水定容至100 mL,根据需要稀释合适的倍数,在仪器工作条件下进行测定。

碱熔法:称取样品0.200 0 g于镍坩埚中,加入氢氧化钠2 g,混匀,加盖置于马弗炉中,升温至550 ℃保持20 min,冷却至室温后取出,用热水将样品完全溶出并转移至塑料瓶中,向溶液中缓慢滴加硝酸至溶液澄清透明,加水定容至100 mL,随后稀释合适的倍数,在仪器工作条件下进行测定。

微波消解法:称取样品0.100 0 g于聚四氟乙烯微波消解罐中,依次加入氢氟酸3 mL、硝酸4 mL和30%双氧水1 mL,加盖密封,浸泡过夜后,采用表1中所示程序进行微波消解。消解结束后,待消解液冷却至室温后,缓慢开盖,并转移至50 mL容量瓶中,用水稀释至刻度,根据需要稀释合适的倍数,在仪器工作条件下进行测定。

2 结果与讨论

2．1 前处理方法的选择

分别采用3种不同方法对样品进行消解后,按仪器工作条件测定滑石粉中Al、Ca、Fe、Mg、Si等5种元素的含量,结果见表2。

表1 微波消解程序Tab. 1 Program of microwave digestion

由表2可知:采用敞口的电热板消解,硅损失严重;采用碱熔法消解,由于引入大量的盐,上机前溶液中盐的含量约为2%,造成严重的基体效应,使Al、Ca、Fe等3种微量元素的测量结果偏低;采用密闭的微波消解仪进行样品消解,测量结果更准确、精密度更高,能对样品中Si及其他元素进行同时分析。因此,试验选择微波消解法进行样品前处理。

表2 不同前处理方法下的测定结果(n=3)Tab. 2 Determination results under different pretreatment methods(n=3) %

2．2 标准曲线和检出限

根据灵敏度、光谱干扰等情况,选择如表3所示的分析谱线进行分析,各元素的线性范围、线性回归方程及相关系数见表3。

将空白连续测量11次,以3倍的标准偏差作为仪器检出限。

表3 分析谱线、线性参数与检出限Tab. 3 Analytical spectral lines, linearity parameters and detection limits

2．3 回收试验

在进行微波消解时,采用了氢氟酸,氢氟酸与Si在微波消解罐中形成易挥发SiF4可能会造成硅的损失,因此必须确保微波消解罐的密封性等细节。为了确定微波消解过程中是否存在硅的损失，消解前在样品中加入一定量高纯单晶硅进行加标回收试验,结果见表4。加标回收率为94.8%～97.3%,说明微波消解罐的密封性良好,在消解过程中硅元素几乎无损失。

表4 硅的加标回收试验结果Tab. 4 Results of test for Si recovery

2．4 样品分析

将两个滑石粉样品通过微波消解法消解,在仪器工作条件下平行测定6次,结果见表5,测定值的相对标准偏差小于5.0%。

表5 滑石粉样品中5种元素的测定结果(n=6)Tab. 5 Determination results of 5 elements in talcum powder samples(n=6)

本工作通过比较3种前处理方法,最终选择微波消解法消解滑石粉样品,采用ICP-AES同时测定样品中Al、Ca、Fe、Mg、Si等元素含量,精密度高、检出限低,可以用于滑石粉中Si及其他主次元素的同时分析。

[1] 殷代武,谭卉文.滑石粉的应用特性及表面改性[J].广东化工, 2013,40(18):75-77．

[2] 陈利燕,章剑扬,刘新,等.茶叶中滑石粉测定方法研究[J].中国茶叶, 2015(1):19-20．

[3] 刘学爱.关于中成药用滑石粉包衣的探讨[J].制剂技术, 2002,11(2):56-56．

[4] 宋瑞英,刘元顺.滑石粉在汽车橡胶件中的应用[J].世界橡胶工业, 2012,39(4):5-12．

[5] 田春丽,董荣业.滑石粉在造纸工业中的应用[J].黑龙江造纸, 2008(3):39-41．

[6] 赵宸,朱万亮,王凤敏.不同钙含量、不同白度滑石粉的应用[J].中华纸业, 2003,24(12):50-50．

[7] 肖助銮.一种快速测定滑石粉中碳酸钙含量的方法[J].造纸科学与技术, 2008,27(1):56-57．

[8] 薛笑莉,周激.面粉及面制品中滑石粉、石膏、碳酸钙含量的测定[J].山西化工, 2003,23(2):33-34．

[9] 彭慎.石墨炉原子吸收光谱法测定滑石粉中铅[J].理化检验-化学分册, 2009,45(9):1118-1119．

[10] 靳贵英,董凤祥,伍伟聪,等.利用原子吸收法测定滑石粉中多种金属杂质的含量[J].中国药物评价, 2014,31(1):8-13．

[11] 刘祥,邹晓莉,曾红燕,等.纸制品中滑石粉测定的原子吸收分光光度法研究[J].现代预防医学, 2009,36(9):1708-1709．

[12] 崔艳霞.火焰原子吸收间接测定面粉中的滑石粉[J].科学技术与工程, 2008,8(5):1300-1301．

[13] 张健,董玲,聂冬梅,等.ICP-AES法测定滑石粉中SiO2、MgO、CaO、Fe2O3[J].钢铁, 2006,41(2):675-676．

[14] 杨彦丽,林立,周谙非,等.微波消解-电感耦合等离子发射光谱法测定面粉中滑石粉的含量[J].化学分析计量, 2011,20(3):62-64．

[15] 胡晓静,庞艳华,赵景红.微波消解-电感耦合等离子体质谱法测定滑石粉中多种痕量金属元素[J].冶金分析, 2011,31(11):29-33．

[16] 农以宁,吴群英.ICP-MS法测定药用滑石粉酸溶物杂质成分[J].桂林工学院学报, 2005,25(2):221-224．

[17] GB/T 15343-2012 滑石粉化学分析方法[S]．

[18] GB/T 21913 食品中滑石粉的测定[S]．

[19] 杨德君,赵永魁,陆雅琴,等.ICP-AES法测定滑石中主次量成分[J].光谱学与光谱分析, 2002,22(1):86-88．

[20] 胡晓静,曾泽,王长文.电感耦合等离子体原子发射光谱法测定滑石粉中酸溶金属元素铬锰锌铜[J].冶金分析, 2011,31(9):7-10．