酸溶ICP-AES法测定铝硅系耐火材料中8种次量元素

孟丽丽

（山东省冶金科学研究院有限公司，山东 济南 250014）

1 前言

目前耐火材料中8种次量元素含量的化学分析均采用国家标准方法，其中CaO采用火焰原子吸收光谱法和EDTA容量法；MgO采用二甲苯胺蓝Ⅰ-溴化十六烷基三甲铵光度法和火焰原子吸收光谱法；K2O和Na2O采用火焰原子吸收光谱法；P2O5采用铋磷钼蓝光度法测定；Fe2O3采用邻二氮杂菲分光光度法；而对于Li2O 和Sr2O 元素，目前尚无标准测定方法。以上各方法分析时间长，步骤繁琐。本文研究了用酸溶溶解样品ICP-AES 法测定铝硅系耐火材料中CaO、MgO、K2O、Na2O、P2O5、Fe2O3、Li2O、Sr2O 元素含量的新方法，确定了最佳的实验及测定条件，显著提高了分析的准确度、精密度和分析速度［1-3］。

2 实验部分

2.1 仪器及工作参数

电感耦合等离子体发射光谱仪。仪器工作参数：等离子体功率1 400 W；氩气压力0.8 MPa；雾化器流量0.80 L/min；冷却气流量13.00 L/min；辅助气流量1.00 L/min；积分时间30 s。电子天平（BSA224S-CW）；纯水机（H2O-MM-UV-T）。

2.2 试 剂

盐酸（ρ1.19 g/mL）、硝酸（ρ1.42 g/mL）、高氯酸（ρ1.67 g/mL）、氢氟酸（ρ1.15 g/mL）；高纯氩（体积分数＞99.99%）；实验室用酸为优级纯（GR），实验用水为高纯去离子水。

2.3 标准储备溶液

钙标准溶液1 00 μg/mL［GBW（E）081277］；镁标准溶液1 00 μg/mL［GBW（E）081287］；钾标准溶液100 μg/mL［GBW（E）081285］；钠标准溶液100 μg/mL［GBW（E）081290］；磷标准溶液100 μg/mL［GBW（E）081293］；锂标准溶液100 μg/mL［GBW（E）081286］；锶标准溶液100 μg/mL［GBW（E）081301］。

2.4 实验方法

2.4.1 实验条件选择

（1）仪器测量条件。选择混合标准溶液，进行了等离子体功率、雾化器流量、积分时间、泵速、雾化器压力等实验。实验表明，随着雾化压力的减小，各分析元素强度增加变化不明显，雾化气压力过低，稳定性变差；雾化器流量增大元素强度明显降低，故选择0.80 L/min最佳。泵速减小强度降低，泵速增加强度升高，在2.00 mL/min为最好。积分时间在5～40 s，各分析元素的强度变化不明显，30 s时最好。RF 功率分别在1 200、1 300、1 400、1 500、1 600 W进行实验。结果显示：低功率时，各元素强度均降低很多；功率过高时强度升高但稳定性差。综合考虑稳定性、灵敏度和测定元素的相关性，确定仪器测量条件为：等离子体功率1 400 W；氩气压力0.8 MPa；雾化器流量0.80 L/min；冷却气流量13.00 L/min；辅助气流量1.00 L/min；积分时间30 s。

（2）溶样酸及酸度。试样采用盐硝酸、氢氟酸分解后，冒高氯酸烟至近干后加盐酸溶解。对溶样酸盐酸、氢氟酸、硝酸、高氯酸的用量进行了实验。本方法实验加入3、5、10、15、20 mL，实验发现，硝酸和高氯酸用量多少IR 值无明显波动，盐酸和氢氟酸加入3 mL 和5 mL 时样品溶解不完全，10 mL、15 mL 溶解完全时IR 值无明显区别，20 mL 时引入的空白大。考虑到酸用量10 mL 以下样品溶解不完全及用量20 mL 时，会引入所测元素的试剂空白，而且由于酸度过大谱线强度减弱，故采用10～15 mL 即可。本实验用酸量为13 mL 盐酸、硝酸、氢氟酸，且分两次加入溶解样品。

（3）样品处理。将试料置于铂皿中（若无铂皿，也可用聚四氟乙烯烧杯），用少量水润湿，沿壁加入10 mL 盐酸，调压150 V 于电热板上加热溶解30 min，取下稍冷加入5 mL 硝酸、10 mL 氢氟酸、5 mL高氯酸，加热分解至冒尽白烟。取下，稍冷，用水冲洗铂皿（聚四氟乙烯烧杯）壁。加入3 mL 盐酸、3 mL 硝酸、3 mL 氢氟酸、3 mL 高氯酸、3 mL 氢氟酸，继续加热至白烟冒尽，取下，冷却。加入3 mL 盐酸，沿壁吹水加热溶解盐类。取下冷却至室温后移入50 mL 容量瓶中，以水稀释至刻度混匀静置（干过滤）备用，随同试样做空白实验，在ICP-AES（电感耦合等离子体发射光谱仪）上进行测定。

2.4.2 工作曲线绘制

于空白试液中加入标准溶液，在选定的最佳仪器条件下将系列标准溶液引入等离子体中，运行分析程序，建立工作曲线，以谱线强度值为y轴，分析元素的浓度为x轴，由仪器配套的计算机程序软件自动给出线性相关系数（＞0.999），系列溶液工作曲线见表1，工作曲线绘制见表2。

表1 系列工作曲线 μg/mL

表2 工作曲线绘制

3 结果与讨论

3.1 基体效应的消除

试液基体的不同将导致结果不一致，基体对谱线强度有影响，一般会叠加加强。故配制混合标准溶液时，应称取与试样中含量接近高纯铝进行基体匹配，有效地消除基体效应。

3.2 分析谱线的选择

在发射光谱仪的谱线库中查看各元素的强度信息和谱线干扰，根据样品的含量高低，选择强度适宜的谱线。将所测定的系列工作曲线标液进行谱图叠加，选择干扰少的谱线作为分析谱线，并进行了背景校正，故本法选择的最佳分析谱线波长。分析时，为使分析结果的可靠性更好一些，可选一条分析谱线，也可选两条谱线进行分析对比。具体分析线波长的选择结果见表3。

表3 分析线波长 nm

3.3 检出限及测定下限

空白进行了10 次测量，得到检测结果见表4。以试剂空白溶液10 次测定结果的3 倍标准偏差作为检出限，10倍标准偏差作为方法的测定下限。

表4 检出限及测定下限 %

4 精密度、准确度及回收率实验

4.1 正确度和精密度

对美国NIST 编号为77a 的耐火材料标准物质进行10 次测量，结果如表5 所示，计算各元素的相对标准偏差（RSD），证明本实验室运用该标准检测具有较高的正确度和精密度。

表5 正确度和精密度实验 %

4.2 回收率

以77a 的耐火材料标准物质为基体，分别加入标准溶液，按照标准进行测定，分析结果如表6所示。

表6 回收率实验 %

通过加标回收实验计算各元素的回收率在97%～102%，符合95%～105%的基本要求，证明本实验室运用该标准检测回收率良好。

5 结语

（1）在选定的条件下，对熔剂用量、浸出酸选择及用量、谱线的选择、基体的干扰做了大量实验，对铝硅系耐火材料中的8 种次量元素进行了同时测定。

（2）本方法具有灵敏度高、试剂用量少、线性范围宽等优点。方法检出限低，精密度高，结果准确可靠。缩短了检测时间，提高了工作效率。