电感耦合等离子体发射光谱法测定钛白粉尾渣中钛含量

宋帅娣，杨旭龙，高 杨

（1.辽宁省地质矿产研究院有限责任公司，辽宁 沈阳 110032；2.南京一校沈抚示范区分校，辽宁 沈阳 110032）

钛白粉，主要成分为TiO2，物理化学性质十分稳定，并具有优良的光学性能，是当前最佳的白色颜料之一。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]。目前，关于国家标准GB/T 1706-2006《二氧化钛颜料》中钛含量的测定[2]，操作繁琐，分析周期长，杂质干扰终点判断[3]。钛元素的分析方法包括化学分析方法，如容量法和分光光度法等；仪器分析方法，如X 射线荧光光谱法和电感耦合等离子体发射光谱法等[4]。传统分析方法操作步骤繁琐，分析时间长[5，6]。电感耦合等离子体发射光谱法线性范围宽，分析速度快，能够同时测定多种元素，已广泛应用于地质行业分析测试样品[7]。本文选用Na2O2熔融样品，热水浸提后HCl 酸化，电感耦合等离子体发射光谱法测定钛白粉尾渣中的钛含量。克服了国标方法操作繁琐、杂质干扰终点判断的缺点，能够准确快速分析样品，适合大批量样品分析。

1 实验部分

1.1 仪器及工作参数

iCAP 7400 型电感耦合等离子体发射光谱仪（美国热电）功率1150W；泵速50r·min-1；进样时间20s；积分时间长波10s，短波15s；辅助气流量0.5L·min-1；雾化器气体流量0.6L·min-1；垂直观测高度12mm；耐高盐雾化器；高纯液氩。

1.2 试剂

1000μg·mL-1钛元素标准储备溶液（国家有色金属及电子材料分析测试中心）。实验所用标准工作溶液由标准储备溶液逐级稀释，采用全程序样品空白定容。

Na2O2（AR）、HCl（优级纯），沈阳化学试剂厂。

1.3 实验方法

称取预先在105℃干燥至恒重的样品0.2g（精确到0.1mg），置于30 mL 刚玉坩埚中，加入约1.5g Na2O2，搅匀，再加入0.5g Na2O2覆盖，放入已升温至700℃的高温炉中，熔融15min，取出冷却。将坩埚放入预先加入100 mL 温水的烧杯中，待剧烈反应后，加入30mL HCl，用纯水洗净坩埚，转入250mL 容量瓶中，10% HCl 定容，摇匀，待测。同时做空白样品实验。

2 结果与讨论

2.1 分析谱线的选择

由于ICP-OES 的光源激发能量高，具有大量的发射谱线，几乎每种元素的分析谱线均受到不同程度的干扰。因此，分析谱线的选择应遵循灵敏度高、检出限低、共存元素光谱干扰程度低的原则[8]。

根据仪器操作软件iTEVA 的推荐，在谱线库中选择钛的两条谱线337.280nm 和338.376nm 作为分析谱线。实验中发现，钛铁矿标准物GBW07841 采用337.280nm 谱线分析时，测定结果偏高，而采用338.376nm 分析时，谱图理想，测定值接近真实值，最终选择338.376nm 作为分析谱线。338.376nm（ICP-OES 方法光谱分析，338.376nm 为钛元素的特征谱线）。

2.2 熔融温度的选择

熔融温度的选择在碱熔方法中至关重要，选择钛铁矿标准物GBW07841，在不同温度下熔融15min 进行实验。实验结果见表1。

表1 不同温度下TiO2 测定结果Tab.1 Result of TiO2 at different digestion temperature

由表1 可见，温度为650℃时的测定结果偏低，存在样品熔融不完全的情况。温度为750℃时，样品迸溅和外溢导致测定结果也偏低。700℃时，结果在不确定范围内，结果满意，因此，选择700℃做为熔融温度。

2.3 熔融时间的选择

熔融时间的长短关系到样品是否熔融完全，选择钛铁矿标准物GBW07841，在700℃不同熔融时间下进行实验。结果见表2。

表2 不同熔融时间下TiO2 测定结果Tab.2 Result of TiO2 at different digestion time

由表2 可见，熔融时间为10min 时仍能看到少量颗粒态存在，测定结果偏低；15min 以后测定结果变化不明显，15min 时测定结果满意，为节约成本，故选择熔融时间为15min。

2.4 Na2O2 的用量

采用Na2O2做为溶剂熔融样品，用量过少，样品熔融不完全，用量过多，盐分过多，容易造成雾化器堵塞，分析方法的精密度下降，不适合ICP-OES 的测定。实验中选择钛铁矿标准物GBW07841，按照1.3 的实验方法，分别加入1.0、2.0、3.0g 的Na2O2进行实验。结果见表3。

表3 不同Na2O2 用量下TiO2 测定结果Tab.3 Result of TiO2 at different quality of sodium peroxide

由表3 可见，加入Na2O21.0g 时，样品未完全熔融，结果偏低；加入Na2O22.0、3.0g 时，样品均能完全熔融，考虑到Na2O2用量对仪器灵敏度的影响，最终选择加入2.0g Na2O2。

2.5 方法检出限

采用1.3 的实验方法，制备空白溶液12 份，测定后计算标准偏差，以3 倍标准偏差计算方法检出限，结果见表4，方法的检出限为0.0038%。

表4 方法的检出限Tab.4 Detection limits of the method

2.6 方法精密度和准确度

选用钛铁矿标准物GBW07841，按照本文的实验步骤测定12 次，结果见表5。

表5 方法的精密度和准确度（%）Tab.5 Precision and accuracy of the test method

由表5 可见，样品的平均值为19.76%，相对误差为-0.35%，相对标准偏差为1.79%。方法的精密度好，准确度高。

2.7 实际样品测定

采用本方法和国标方法（GB/T 1706-2006）两种方法分析钛白粉尾渣中钛含量并进行对比，结果见表6。

表6 实际样品中TiO2 测定结果比对（%）Tab.6 Comparison of analytical resultsof TiO2 in the actual sample（%）

由表6 可见，两种方法测定出钛白粉尾渣中钛含量基本一致。

3 结论

采用Na2O2碱溶试样，使用电感耦合等离子体发射光谱法测定钛白粉尾渣中的钛含量，准确度高，精密度好，与国家标准方法相比，缩短了分析时间，提高了工作效率,满足大批量样品的分析测试工作。