微波碱消解—电感耦合等离子体发射光谱法同时测定硅酸盐中的多种元素

杨 清，邹 娟，王兴平，李红艳

(中蓝长化工程科技有限公司，湖南 长沙 410116)

1 前言

硅酸盐材料在自然界分布非常广泛，有水泥、玻璃、陶瓷等人工硅酸盐和天然硅酸盐类矿物。硅酸盐材料组分复杂，元素种类多，为了更好地将硅酸盐材料进行合理开发利用，亟需寻找合理高效的分析测试方法，检测硅酸盐材料中的各元素含量。

在硅酸盐类矿石分析检测领域，硅、铁、铝、钛、钙、镁的含量往往是必须检测的项目。目前，检测硅酸盐中硅、铁、铝、钛、钙、镁的方法主要有聚环氧乙烷凝聚与硅铭蓝光度联用法、氢氟酸法、铜铁试剂—三氯甲烷萃取分离EDTA络合滴定法、氟化物取代EDTA络合滴定法、邻菲罗啉光度法、二安替比林甲烷分光光度法、火焰原子吸收分光光度法等[1]。聚环氧乙烷凝聚与硅铭蓝光度联用法、氢氟酸法、铜铁试剂—三氯甲烷萃取分离EDTA络合滴定法和氟化物取代EDTA络合滴定法操作流程较长，步骤繁琐，检测过程中使用的试剂较多，容易污染硅酸盐，检测过程难以控制。而火焰原子吸收分光光度法、邻菲罗啉光度法和二安替比林甲烷分光光度法不能同时检测多种元素，应用范围小，具有一定的局限性。

电感耦合等离子体发射光谱法在分析多元素方面优势突出，可以节省时间和人力，降低仪器运行成本，减少实验操作错误率，提高测定结果的重复性[2]。文章采用微波碱消解处理样品，电感耦合等离子体发射光谱法准确地测定了硅酸盐中的主要元素的含量。经回收实验及方法对比实验证实，方法准确度高，特别适用硅酸盐类样品中多种元素的同时测定。

2 实验部分

2.1 仪器和试剂

仪器。FA2004电子分析天平(上海恒平科学仪器有限公司)；WX-8000专家型密闭微波消解仪(上海屹尧)；超纯水机(艾科浦)；iCAP6300电感耦合等离子体发射光谱仪(美国ThermoFisher公司)，仪器主要工作参数为：RF功率1 150 W，等离子气14 L/min，雾化气0.6 L/min，辅助气0.5 L/min，蠕动泵速50 mg/kg，垂直观测高度12 cm。

试剂。硅酸盐类样品(应通过筛孔为0.105 mm的筛网，预先在105 ℃～110 ℃烘2 h，置于干燥器中冷至室温)；钾长石成分分析标准物质(GBW03116)；硅、铝、铁、钛、钙、镁单元素标准溶液(1 000 μg/mL，国家钢铁材料测试中心钢铁研究总院)，使用时逐级稀释，组合配制混合标准溶液；实验室用水均为超纯水(电阻率大于18.20 MΩ·cm)；其它试剂均为分析纯。

2.2 样品处理

准确称取0.1 g待测硅酸盐类样品置于消解罐中，加入少量超纯水润湿，再加入1.0 g NaOH固体颗粒；先从室温升温至100 ℃，保持3 min，然后从100 ℃继续升温至150 ℃，保持5 min，再从150 ℃继续升温至180 ℃，保持25 min，进行微波密闭消解，然后冷却至50 ℃；在通风橱中取出，缓慢泄压放气，打开消解罐盖，用超纯水冲洗内壁，得熔融液；向熔融液中加入2 mL浓硝酸，置于控温电加热器中，充分溶解，然后冷却至室温，转入100 mL塑料容量瓶中，用水定容至刻度摇匀，过滤后稀释至合适的倍数进行上机测试。实验需测定硅，因此实验过程中所用的容量瓶均为塑料容量瓶。

2.3 工作曲线

分取不同体积的硅、铝、铁、钛、钙、镁单元素国家标准溶液(1 000 μg/mL)于100 mL容量瓶中，配制成不同浓度的混合标准溶液，Si为1 μg/mL、5 μg/mL、10 μg/mL、15 μg/mL、20 μg/mL；Fe为0.2 μg/mL、0.5 μg/mL、2 μg/mL、5 μg/mL、10 μg/mL；Al为2 μg/mL、5 μg/mL、10 μg/mL、15 μg/mL、20 μg/mL；Ti为0.1 μg/mL、0.2 μg/mL、1 μg/mL、2 μg/mL、5 μg/mL；Ca为0.1 μg/mL、0.5 μg/mL、1 μg/mL、2 μg/mL、5 μg/mL；Mg：0.1 μg/mL、0.5 μg/mL、1 μg/mL、2 μg/mL、5 μg/mL。

3 结果与讨论

3.1 元素的分析波长与检出限

为避免基体效应影响和光谱干扰，实验室经过对光谱库中各元素多条谱线进行比较，以波形好、信噪比高、干扰小、仪器检出限低为原则来选择元素的分析线。在选定测定条件下，对空白试剂连续测定12次，以背景噪声的3倍为该方法的检出限。结果见表1。

表1 待测元素的分析谱线及检出限Tab.1 Analytical line and detection limit of elements

3.2 线性关系、精密度与准确度

在实验条件下，对工作曲线系列溶液进行测定，在给定浓度范围内，线性拟合好，相关系数均大于0.999 9，说明该方法具有良好的线性关系。为了考察该办法的精密度和重现性，在同一天对硅酸盐类样品连续测定5次，然后在不同天对同一样品分别测定5次，相对标准偏差(RSD)结果见表2。测定过程中结果非常稳定且具有良好的重现性。为了进一步考察该技术的准确性，向硅酸盐样品预处理后得到的水溶液中分别加入不同浓度的标准溶液，测定水溶液和加标水溶液的浓度，进行回收率实验。从加标水溶液的实测结果中扣除水溶液的初值，根据加标量统计回收率实验，结果见表2。由表2可知，该方法准确可靠，能满足分析要求。

3.3 标准物质验证实验

使用该法对国家标准物质钾长石成分分析标准物质(GBW03116)进行测定，重复5次，结果见表3。由表3可知，分析结果与标准值相吻合，具有良好的准确度和精密度。

表2 精密度及回收率实验Tab.2 Precision and recovery test

表3 标准物质验证实验Tab.3 Standard sample test

4 结论

微波碱消解—电感耦合等离子体发射光谱法同时测定硅酸盐中的多种元素，该方法操作简便，检测速度快，使用试剂较少，能避免交叉污染，灵敏度高，且能得到较好的精确度，具有一次溶样可同时测定多种元素的优势，适用于硅酸盐类制品生产工艺过程中多元素的快速测定。