电感耦合等离子体原子发射光谱法测定钛白粉中的微量元素

任玲玲

（河钢集团钢研总院，石家庄050000）

钛白粉主要成分为二氧化钛，物理化学性质十分稳定，并且具有优良的光学性能。钛白粉广泛应用于造纸、塑料、印刷、陶瓷、化妆品、食品添加剂等行业［1－2］。目前很多钛白粉需要进行一些表面处理，引入三氧化二铝、二氧化硅等来改善钛白粉表面特性，因此元素的含量成为衡量钛白粉质量的一项指标。目前我国尚无钛白粉测定的相关国家标准，元素含量常规测定方法有化学法如硅钼蓝光度法测定硅元素含量、铬天青S光度法测定铝，X射线荧光光谱法［3－4］，原子吸收光谱法［5－6］和 电感耦 合等离子体原子发射光谱法（ICP－AES）［7］等。根据钛白粉中元素含量范围，本工作选用电感耦合等离子体原子发射光谱法对钛白粉中硅、铝、钨、锑、铁、铬、锆、铌等元素含量进行测定。

1 试验部分

1．1 仪器与试剂

Agilent 725型电感耦合等离子体原子发射光谱仪，谱线测试范围为167～785nm。

钛基体溶液：称取二氧化钛2．000 0g置于干净微波消解罐中，加入硝酸15mL、氢氟酸3mL，放入微波消解仪中加热溶解，待试样完全溶解后，移至100mL聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）容量瓶中，用水稀释至刻度，混匀。

硅、锑单元素标准溶液：500mg·L－1。

铝、钨、铁、铬、锆、铌 单 元 素 标 准 溶 液：1 000mg·L－1。

1．13g·mL－1氢氟酸、1．42g·mL－1硝酸均为优级纯，二氧化钛的纯度不小于99．99%，试验用水为超纯水（电阻率18．2MΩ·cm）。

1．2 仪器工作条件

电感耦合等离子体功率为1 100W；等离子气流量15L·min－1，辅助气流量1．5L·min－1，雾化气流量0．7L·min－1；泵速15r·min－1；积分时间15s，积分3次；垂直观测，观测高度13mm。

1．3 试验方法

将样品于105～110℃烘箱中烘2h，置于干燥器中冷却至室温。称取已烘干的试样0．200 0g，置于干净聚四氟乙烯烧杯中，加少量水润湿后，加入硝酸5mL反应后，缓慢滴加氢氟酸1mL，保证反应温度低于70℃，静止一段时间，待试样完全溶解后，移至100mL PET容量瓶中，用水稀释至刻度，混匀后，按仪器工作条件测定元素含量。

2 结果与讨论

2．1 溶样方式的选择

钛白粉可用强碱高温熔融，也可用氢氟酸、硫酸溶解。强碱熔融引入大量碱金属盐，溶液中盐分过高，可能会导致进样管、雾化器堵塞，严重甚至会导致等离子体熄灭，且空白值高，分析精度低、检出限高。仅选用盐酸、硝酸情况下，钛白粉难以溶解，而硫酸会增加溶液黏稠度，硫酸浓度高，溶液雾化效果差。结合实际情况，试验选用氢氟酸－硝酸混合酸低于70℃溶解钛白粉。虽然硅元素会在70℃下与氢氟酸生成四氟化硅，四氟化硅易挥发，导致硅元素降低，但是在实际溶解过程中，钛白粉在氢氟酸－硝酸混合酸体系中，常温下反应较缓慢，且不会释放大量热。同时试验设备选用耐氢氟酸进样系统，不需要络合过量氢氟酸，简化步骤，也避免更多干扰的引入。

2．2 分析谱线的选择

分别将5mg·L－1的硅、铝、钨、锑、铌、锆、铁、铬单元素标准溶液、2g·L－1钛基体溶液以及试剂空白溶液，在电感耦合等离子体原子发射光谱仪上进行扫描，以考察钛基体对各个元素各谱线的干扰情况。根据干扰试验的结果，选择受基体影响相对较小，而且灵敏度满足要求的谱线作为分析谱线，并采用基体匹配配制工作曲线，以尽可能消除基体对测定结果的影响。试验选择硅、铝、钨、锑、铌、锆、铁、铬 的 分 析 谱 线 分 别 为 252．851，396．152，222．590，231．146，309．417，343．823，238．204，276．653nm，以 Al 396．152nm、Fe 238．204nm、Zr 343．823nm为例，波长扫描图见图1。

图1 Al 396．152nm、Fe 238．204nm 和Zr 343．823nm 波长的扫描图Fig．1 Scanning spectra of Al 396．152nm，Fe 238．204nm and Zr 343．823nm

2．3 工作曲线与检出限

在7个100mL容量瓶中，各加入硝酸5mL、氢氟酸1mL、钛基体溶液10mL，而后加入硅、铝、钨元素标准溶液，其中硅元素标准溶液分别加入0，0．20，0．40，1．00，2．00，4．00，8．00mL，铝、钨单元素标准溶液分别加入0，0．10，0．20，0．50，1．00，2．00，5．00mL，铁、铬、锆、铌、锑单元素标准溶液分别加入0，0．02，0．05，0．10，0．20，0．50，1．00mL，用水定容，配制混合元素标准溶液系列。按仪器工作条件进行测定，以各元素的质量分数为横坐标，谱线发射强度为纵坐标绘制工作曲线，其线性范围、线性回归方程及相关系数见表1。

配制10份空白溶液，按仪器工作条件下连续测定10次，以10次测定结果的标准偏差的3倍作为检出限（3s），检出限的5倍作为方法的测定下限，其结果见表1。

表1 线性参数、检出限及测定下限Tab．1 Linearity parameters，detection limits and lower limits of determination

2．4 精密度和准确度试验

对两个钛白粉样品分别称取8份，按试验方法对其中元素含量进行测定，计算测定值的相对标准偏差（RSD），结果见表2。

表2 精密度试验结果（n＝8）Tab．2 Results of test for precision（n＝8）

同时采用化学法测定铝、硅、钨元素含量，并与ICP－AES测定结果进行比对，见表3。

表3 两种方法分析结果的比对Tab．3 Comparison of analytical results between two methods %

由于钛白粉没有标准样品，因此对其余微量元素进行加标回收试验来考查方法的准确度，其结果见表4。

本工作采用电感耦合等离子体原子发射光谱法测定钛白粉中微量元素含量，选择合适分析谱线，采用基体匹配避免其他元素的干扰，方法精密度较高，完全满足分析需要。同时样品前处理过程简单，分析快速，结果准确，该方法适用于测定钛白粉中微量元素含量。

表4 回收试验结果Tab．4 Results of test for recovery

［1］ 陈朝华，刘长河．钛白粉生产及应用技术［M］．北京：化学工业出版社，2006．

［2］ 李文兵，杨成砚，黄文来，等．钛白粉材料历史、现状与发展［J］．现代化工，2002，22（12）：5－9．

［3］ 张建波，朱丽辉，林力．X－射线荧光光谱法测定钛白粉中磷铁锆铌［J］．冶金分析，2009，29（1）：40－43．

［4］ 寸凤妹，李小莉．X射线荧光光谱法测定钛白粉样品中10种微量元素［J］．现代仪器与医疗，2013，19（6）：63－65．

［5］ 黎香荣，谢毓群，杨怀军，等．火焰原子吸收光谱法测定钛白粉中镉［J］．冶金分析，2012，32（3）：51－54．

［6］ 田春秋，邵坤．微波消解－石墨炉原子吸收光谱法测定钛白粉中钒［J］．冶金分析，2014，34（12）：48－51．

［7］ 蒋永金，崔庆雄，毛禹平．磷酸氢二铵分离－电感耦合等离子体原子发射光谱法测定钛白粉中痕量铜和钒［J］．冶金分析，2015，35（6）：40－43．