ICP法同时测定白云石中的铁、铝、钙、镁、钾、钠、硫和硅

本文研究了白云石的微波消解方法，建立了利用电感耦合等离子体发射光谱仪测定白云石的方法，克服了测定白云石中各种氧化物的常规化学分析方法步骤繁琐、耗时长、工作量大的不足.利用所建方法可以快速分析出白云石中铁、硅、铝、钙、镁、钾、钠和硫的含量，分析结果准确，分析误差在化学分析允许的误差范围内，基本能满足生产和科研的要求。

前言：
白云石是生产玻璃的主要原料之一，白云石成份的改变和波动直接影响到玻璃的质量，因此须定期对白云石进行分析测定。目前玻璃行业对白云石的分析所使用的方法采用“玻璃工业用白云石化学分析方法”JC 440-91标准[1]，该行业标准规定了用比色法测定铁，容量分析或比色法测定硅，铝、钙、镁用化学分析法测定，钾、钠用原子吸收法测定，对于白云石中铁、硅、铝、钙、镁、钾、钠和硫的分析需要进行几个过程、许多步骤才能完成。ICP-AES仪器能对多元素进行同时测定，速度快，动态范围宽，但用传统的白云石处理方法（碱熔法）又因操作复杂、空白高，且会引入大量的金属阳离子，对测定会造成干扰从而无法用传统碱熔法处理样品后上机测定。微波消解技术是近年发展起来的一项新的样品前处理技术，已大量应用于AAS、AES、AFS、ICP等仪器的样品预处理中[2][3][4][5]，但未见用微波消解法处理白云石的报道。本文研究了白云石的微波消解方法，建立了利用电感耦合等离子体发射光谱仪测定白云石的方法，利用所建方法可以快速分析出白云石中铁、硅、铝、钙、镁、钾、钠和硫的含量，分析结果准确，分析误差在化学分析允许的误差范围内，基本能满足生产和科研的要求。

实验部分
1.1主要仪器及试剂
MDS-2003F型微波制样系统、电子控温加热板、冷风机（上海新仪微波有限公司生产）
VISTA-PRO 全谱直读电感耦合等离子体发射光谱仪（美国VARIAN公司）；
盐酸、磷酸等所用试剂均不低于分析纯，水为蒸馏水。
1.2分析步骤
1.2.1消解样品
将试样研磨至通过孔径为0.08㎜筛，贮存于带磨石筛的广口瓶中。称取约0.10克在恒温干燥箱中于100-108℃烘干不少于1小时的试样，精确至0.0001克，置于高压消解熔样杯中，用水润湿，加入5.0ML磷酸和5.0ml硝酸。将经扩张的密封活塞碗盖小心地盖进熔样杯，放进外罐，设置操作方案，进行微波消解，消解完毕后，放在冷风机上冷却，移入250ml容量瓶，用蒸馏水稀释至刻度，摇匀，待用，同时做空白试液。
分别称取已知成份、不同含量的白云石标样，同未知样品做相同的消解处理，移入250ml容量瓶，用水稀释至刻度，摇匀，做为标准溶液。
1.2.2上机测定
在仪器最佳工作条件下，以试剂空白做空白，利用ICP测定空白溶液和标准溶液，建立校准曲线，然后对试样溶液进行测定，仪器自动计算出试样中铁、铝、钙、镁、钾、钠、硫和硅等元素的百分含量。
2.结果与讨论
2.1消解方法实验
2.1.1消解白云石用酸的种类和量的实验
由于白云石含有铁、铝、钙、镁、钾、钠、硫和硅等多种元素，消解白云石样品需要HF-HCl-HNO3,但鉴于用氢氟酸后无法用石英炬管进行测试，所以我们进行消解白云石用酸的实验，本文通过用不同量、不同比例的多种酸对白云石进行消解，最后确定用H3PO4 、HNO3的消解效果较好。
2.1.2微波消解条件的选择
本文通过对白云石样品在不同消解功率、消解时间和密封罐内压力情况下的对比消解实验，确定了消解白云石样品较适宜的消解条件。
消解方案采取四工步方案，具体
2.2 ICP仪器工作参数的选择
2.2.1 高频发生器（RF）功率的选择
实验结果表明，高频功率对检出能力和干扰效应具有不同的影响，增大功效，温度升高，电子密度也增大，谱线强度可能增强，但背景增强更甚。因此，信背比将随着功率的增大出现极大值后而减小，或者一直减小，谱线激发能越低减小越甚。采用较低的功率，对于降低检出限有时是有利的，但是，在低功率时，干扰效应较严重。为了减少这种干扰，宜采用较大的功率，显然，这种减小可能是以检出的损失为代价，因此，对高频功率的选择要同时考虑检出能力和干扰效应。另外，功率过大容易导致炬管熔化[6]。综合考虑在不同功率下白云石溶液中各元素的灵敏度和稳定性，本文选择最佳高频功率为1.05KW。
2.2.2冷却气流量、辅助气流量、雾化气流量
冷却气流量主要根据高频功率的大小来选择，高功率会导致炬管过热，应相应增大冷却气流量。过低的冷却气流量会导致炬管熔化。
随着辅助气流量的增加，信号强度也随着增加。考虑到白云石中含有铝等成份[7]，在燃烧时易在等离子体中产生共熔融现象而破坏热平衡导致烧毁炬管。
增大雾化气流量，使样品吸入速率增大，从而进入等离子体中的分析物量增大，使谱线增强。但是，过大的雾化气流量，将使样品稀释，分析物在ICP通道中平均停留时间缩短，温度降低，电子-离子连续光谱背景降低，分析物谱线强度也降低，也直接地影响分析结果。
2.3酸度的选择和影响
HNO3酸度基本上不影响各元素的测定，本文根据消解样品所需要的酸量选择酸度为5%。
2.4分析谱线的选择
根据对Al、Ca、Fe、K、Mg、Na、S和Si元素的数条谱线中各谱图、背景轮廓和强度值的对比，选择出背景低、信背比高、干扰小的谱线为待测元素的谱线。经过样品溶液多次扫描，我们选择的最佳分析线如表3：
表3：最佳分析线
2.5干扰与扣除
由于采用的是微波消解法溶解样品,所以没有引入太多的干扰元素,所存在的干扰只是白云石所含的各元素间的干扰。因表面张力、粘度、密度和盐份等造成雾化器提升效率的差异而引起的物理干扰，我们利用基体匹配来消除。至于光谱干扰，本文通过改变波长选择、改变称样量对样品浓度进行适当的控制来克服。
由于杂散光、谱带展宽低强度的分子连续发射、光栅的鬼线等产生的背景，考虑较高浓度元素对测定的影响，我们通过选择最合适的测定波长、优化仪器参数来寻求方法的最优化设置。
2.9方法的准确度
利用所建方法测得的结果与标准值和利用其它分析方法的分析结果

结论
本文研究了白云石中AL、Ca、Fe、K、Mg、Na、Si、S的谱线等工作条件选择及干扰的消除，利用ICP-OES仪器，采用基体匹配，可准确测定出玻璃中Al2O3 、CaO、Fe2O3、K2O、MgO、Na2O、SiO2、SO3含量，方法快速，数据准确可靠，可以在其他的工矿企业推广应用。