电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-AES)法测定H-ZF类光学玻璃中锑含量

杨 斌 胡向平 何 蓉 邬理凡 王德国

(湖北新华光信息材料有限公司，湖北 襄阳 441057)

前言

锑金属氧化物在玻璃中作为一种优质的澄清剂被引入，对提高玻璃内在品质有重要的作用。但锑属于对环境和健康会产生危害的重金属元素，世界卫生组织对日常使用产品中的锑含量作出了严格限定。目前光学玻璃行业的开始着手减量使用氧化锑，降锑后着色度变好。因此，必须对氧化锑的用量加以严格控制。关于锑的测定方法的文献[1-8]有相关报道，然而对于含有大量铌钛的重火石(H-ZF)环保玻璃中锑的测定方法较少。采用ICP-AES法，选用最佳条件，不经分离，对H-ZF类玻璃中锑组分进行测定，并建立简单可靠的分析方法，取得满意结果。

1 实验部分

1.1 仪器和仪器工作条件

ULTIMA 2型电感耦合等离子发射光谱仪(法国JY公司)。高频发生器频率为40.68 MHz，焦距1 m，全息光栅4 320 条/mm；三轴套同心可拆卸炬管； 射频功率1.0 kW；冷却气流量12 L/min；护套气流量0.2 L/min；耐氢氟酸进样系统。

1.2 试剂

所用氢氟酸、硫酸为优级纯；水为去离子水。

Sb标准储备溶液(1 000 μg/mL，GSB 04-1749-2004(a))，用去离子水稀释为50 μg/mL的标准工作溶液。

1.3 实验方法

1.3.1样品前处理

称取0.10 g(精确至0.000 1 g)玻璃试样置于高压罐内，用少量水吹洗，加入5 mL氢氟酸，密闭高压罐，置于90 ℃烘箱中4 h。待罐内温度降至50 ℃以下，取出，将溶液移入100 mL塑料容量瓶中定容，混匀。按一定工作条件于ICP-AES仪上测定。扣除基体空白。

1.3.2标准曲线的配制

分别移取0、0.4、2.0、5.0、10.0 mL锑工作标准溶液于5个100 mL塑料容量瓶中，用去离子水稀释至刻度，混匀。此标准曲线的浓度为：0、0.2、1.0、2.5、5.0 μg/mL。

2 结果与讨论

2.1 最佳分析线的选择

不分离主体直接测定玻璃中微量锑，方法的难点是选择合适的分析线，既要避开主体玻璃组分的干扰，又要考虑待测锑元素的测定灵敏度。利用JY ULTIMA 2 ICP-AES的高分辨率再结合方便的功能软件可以较好地解决这个问题。

Profile功能是仪器的谱图记录功能，并可方便地叠加谱图，进行背景校正。选取3～5条最灵敏的或受玻璃基体干扰最小的分析线。玻璃中各个原料对锑谱线干扰情况汇集如表1所示。结果表明选择Sb 206.833 nm比较理想，扣背景点在左0.012 3 nm处。H-ZF类玻璃可能含有的元素浓度设定为500 μg/mL时在分析线处扫描谱图，部分原材料具体干扰情况见图1；仿玻璃组成，在分析线处干扰情况见图2。只有Ti和Nb等有小干扰。干扰可以采取扣除基体空白办法消除。故实验选择Sb 206.833 nm为锑元素的分析线。

表1 玻璃中各元素谱线对锑谱线干扰情况Table 1 The interference of various spectral lines on Sb spectrum

a线—500 μg/mL Ti基体；b线—500 μg/mL Nb基体；c线—500 μg/mL Zr基体

a线—含NbTi玻璃基体(不含锑)；b线—不含Nb玻璃基体(不含锑)；c线—不含Ti玻璃基体(不含锑)

2.2 样品消解方法的选择

H-ZF类玻璃中多数含有大量的钛或铌，传统要用碱高温熔解，必须有氢氟酸的存在时才能使它们不被水解，不会吸附锑离子。为简化分析手续，直接采用氢氟酸溶解。由于H-ZF类玻璃中锑含量多数范围在0.01%～0.2%，可以通过加大稀释倍数的办法将干扰元素浓度降低，减少对待测元素的光谱干扰。采用低温90 ℃是为了防止泄漏造成损失，密闭是为了防止挥发损失。

溶解后样品溶液不一定清亮，有混浊，取上清液并不影响测试，有利于简化分析步骤。

2.3 玻璃基体空白配制

由于H-ZF类玻璃组成复杂，含有大量的钡、钛和铌，在含硫酸和氢氟酸的介质中硫酸钡与氟化钡都是沉淀；在不含氢氟酸的介质中铌又易水解。因此，沉淀对锑的吸附是存在的。由表1可知在H-ZF类玻璃中主要Ti和Nb等有干扰，因此了解各H-ZF类玻璃中Ti和Nb的含量很有必要。表2中选取了几个主要H-ZF类玻璃，用ICP-AES测定钛和铌的含量。

表2 主要H-ZF类玻璃钛和铌含量Table 2 Ti and Nb content of Main H-ZF types glasses

按表2中测定结果配制出含TiO2和Nb2O5的混合玻璃基体空白扣除溶液。

2.4 标准工作曲线及方法检出限

在最佳条件下绘制标准工作曲线，线性回归方程为I=218.7+26 232c，相关系数为0.999 9。用玻璃基体空白试样进行10次平行测定，取3倍标准偏差作方法检出限，得出锑的检出限为11 μg/g。

2.5 方法精密度实验

为考察方法的重现性，按实验方法对试样进行6次重复测定，精密度实验结果见表3。

表3 精密度实验Table 3 Test for precision(n=6)

由表3可知，方法的相对标准偏差(RSD)均小于2%，能够满足分析测定的要求。

2.6 方法准确性

在样品溶液中加入一定量的标准溶液进行加标回收实验，以判断方法的准确度(以Sb2O3计)。实验结果表明，加标回收率在95%～110%，结果见表4。结果准确、可靠，能满足实际分析任务的需要。

表4 加标回收实验结果Table 4 Results of recovery test /%

2.7 样品测试

按照实验方法对H-ZF类常用玻璃牌号样品进行测定，测定结果(n=3)与配方引入量(以Sb2O3计)对比情况见表5。ICP-AES 的测定值与玻璃配方引入量基本一致，偏差较小、准确度较高。

表5 常用玻璃样品测试结果Table 5 Analytical results of glass sample /%

3 结论

利用高分辨率的仪器，研究H-ZF类主要牌号玻璃基体对锑元素的干扰情况，确定了直接ICP-AES测定方法。选择了最佳分析线，采用小称样量并稀释样品，直接用ICP-AES仪测定。对锑谱线在扣除背景后进行加标回收实验，加标回收率为95%～110%，方法的精密度和准确度都能满足科研生产的需要。