电感耦合等离子体发射光谱法测定磷酸锂中锂和磷含量

董 锐,郭文俊

(青海东台吉乃尔锂资源股份有限公司，青海 格尔木 816099)

1 前言

磷酸锂是一种白色结晶性粉末。溶于稀酸，微溶于水。工业生产一般采用碳酸锂为原料，与磷酸或磷酸钠反应，经过滤、蒸馏浓缩、冷却结晶、离心分离、干燥，制得磷酸锂(Li3PO4)成品。该产品主要用于生产彩色荧光粉、特种玻璃、光盘材料等，用作催化剂，供生产彩色荧光粉用。近年来，随着新能源行业的快速发展，磷酸锂在锂电池正极材料生产等新能源汽车领域展现出广泛的应用前景。新能源汽车行业对其原料质量的要求越来越严格，因此，对磷酸锂中常量元素磷、锂的准确测定极其重要。磷酸锂中锂、磷两种主元素测定的准确性对于生产控制、产物性能研究和产品质量控制都有至关重要的影响。

YS/T 637-2007《彩色荧光粉用磷酸锂》[1]，标准中并未专门列出磷酸锂中锂和磷的具体测定方法，未检索到关于电感耦合等离子体发射光谱法测定磷酸锂中锂和磷含量的研究报道。在传统分析方法中，锂的测定通常采用火焰原子吸收分光光度法，磷酸盐中磷的测定一般采用磷钼酸喹啉重量法[2]，但传统分析方法操作过程较复杂、分析周期长，对人员操作要求较高，容易产生误差。电感耦合等离子体发射光谱法具有检出限低、准确度高、稳定性好、线性范围宽、可以大批量多元素同时测定等诸多优点。白晓艳等报道了ICP-OES法测定磷酸铁锂中锂铁磷的分析方法[3]。方法采用电感耦合等离子体发射光谱标准曲线法，测定磷酸锂中锂、磷两种主元素含量，同时能监测镁、钠、铁等杂质元素含量。该方法简便快速准确，完全能满足实际检测需要，所得结果与火焰原子吸收法测锂、磷钼酸喹啉重量法测磷的结果一致。

2 实验部分

2.1 仪器

美国THERMO Fisher 公司 iCAP7400 DUO电感耦合等离子体发射光谱仪;北京海光仪器有限公司 GGX-810火焰原子吸收分光光度计；METTLER TOLEDO公司，ME104E/02电子天平；邦西仪器科技(上海)有限公司，HH-6数显恒温水浴锅；上海圣科仪器设备有限公司，DHG-9145A电热恒温干燥箱；玻璃砂芯坩埚等实验室常用玻璃器皿。

2.2 仪器工作条件

仪器工作条件见表1。

锂、磷两种元素在ICP中的挥发和解离的性质差异较大。锂为易挥发、易电离元素，而磷属于易挥发、难电离元素，因此两种元素不存在波长干扰。锂选用670.784 nm这条谱线，磷选用185.8 nm这条谱线。各元素波长及相关系数见表2。

表2 各元素波长及相关系数Tab.2 Wavelength and correlation coefficient of each element

2.3 试剂和标准溶液

试剂。硝酸为优级纯，白银良友化学试剂有限公司； 喹钼柠酮为分析纯；超纯水为重庆力德LIC-20-H痕量分析型超纯水机制取。标准贮存溶液，P、Li均为1.00 mg/mL,购自国家有色金属及电子材料分析测试中心。

混合工作曲线的配制。分别准确移取锂、磷标准贮存溶液0 mL、0.5 mL、1.0 mL、1.5 mL、2.0 mL、2.5 mL于同一组100 mL容量瓶中，加硝酸(1+1)2 mL,用超纯水稀释至刻线，摇匀。待仪器稳定后，按仪器工作条件，依次喷入混合工作曲线溶液，绘制标准工作曲线。

2.4 样品溶液的制备

准确称取2.500 0 g(精确到0.000 1 g)磷酸锂样品于250 mL烧杯中，盖上表面皿，用少量水润湿，加入一定量的硝酸，于封闭电炉上加热至完全溶解，冷却至室温，转移至250 mL容量瓶中，摇匀，用中速定性滤纸过滤于清洁干燥的烧杯中，弃取最初20 mL～30 mL滤液，然后移取该滤液5 mL置于1 000 mL容量瓶中，加硝酸(1+1)2 mL ,按仪器工作条件进行测定。

3 结果与讨论

3.1 不同酸度对锂测定的影响

在电感耦合等离子体发射光谱法中，通常选用盐酸或硝酸溶解样品，考虑到其它杂质元素测定的影响，该方法选用硝酸溶样。在锂、磷离子浓度为5 mg/L的溶液中，加入不同量的硝酸，用去超纯水稀释至刻度，分别测试其强度，结果见表3。

表3 不同酸度的影响Tab.3 The influence of different acidity

通过表3可以看出，硝酸的浓度影响锂、磷的强度值，锂、磷的强度值随酸度的增加逐渐减小，但是酸度在1%～2%范围内时吸光度的差值不大，故在保证仪器吸光稳定的同时，选用较小的酸度为宜，方法选用的酸度为1%。

3.2 各元素的检出限与精密度

用1%的硝酸水溶液作为空白溶液，重复测定空白溶液11次，以其3倍的标准偏差作为检出限。对样品溶液进行11次重复测定，相对标准偏差(RSD)在之0.21%～0.68%间，说明该方法的精密度较好，能满足测定要求，检出限与精密度的结果列入表4。

表4 各元素检出限与精密度Tab.4 Detection limit and precision of each element

3.3 准确度实验

为考察实验结果的准确度，根据以上实验条件，选取了4批磷酸锂产品，在含有1%的硝酸介质样品溶液中，分别对不同浓度的样品溶液进行测定，并计算其回收率，该方法的回收率在99.8%～102.0%之间，结果列入表5。

表5 加标回收实验Tab.5 Standard addition and recovery experiment

3.4 结果比对

按照该方法进行实验，并将测定结果与传统方法(火焰原子吸收法测定锂，磷钼酸喹啉重量法测定磷)的测定结果比对，结果列入表6。

表6 结果比对Tab.6 Comparision of results

4 结论

文章建立了电感耦合等离子体发射光谱标准曲线法测定磷酸锂中锂磷的分析方法，采用硝酸溶解磷酸锂样品，通过实验优化了仪器条件，并选择了合适的酸及浓度。该方法锂的检出限0.003 0 mg/L,磷的检出限0.013 2 mg/L,回收率在99.8%～102%之间；方法简便快捷准确，可以满足产业化测试的需求。需要指出的是，在进行大批量样品的测定时，可选取已知浓度的样品做为质控样，必要时，对测定结果进行校正。