, , , , , (. 聚光科技(杭州)股份有限公司, 杭州 005; . 杭州市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站, 杭州 0006; . 北京吉天儀器有限公司, 北京 0005)

滑石粉的主要成分是含水硅酸鎂,具有潤(rùn)滑、抗粘、助流、耐高溫等優(yōu)良特性[1],在食品[2]、醫(yī)藥[3]、汽車[4]、造紙[5]等方面應(yīng)用廣泛,滑石粉中各組分的含量對(duì)其理化性能以及人的身體健康有著重大的影響[6]。因此,研究滑石粉中無(wú)機(jī)元素檢測(cè)方法具有重要意義。

目前滑石粉中無(wú)機(jī)元素分析方法有化學(xué)分析法[7-8]、原子吸收光譜法(AAS)[9-12]、電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法(ICP-AES)[13-14]、電感耦合等離子體質(zhì)譜法(ICP-MS)[15-16]等。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)[17-18]中采用化學(xué)分析法,不同的元素采用不同的化學(xué)分析方法,不僅操作繁瑣,且容易造成污染。AAS不能進(jìn)行多元素同時(shí)分析,對(duì)于不同的元素可能需要更換不同的陰極燈光源。ICP-AES和ICP-MS具有精密度高、檢出限低、可同時(shí)分析多元素的優(yōu)點(diǎn),近年來(lái)在滑石粉中無(wú)機(jī)元素分析中應(yīng)用頻繁,這兩種方法在分析樣品時(shí)通常需要將樣品消解成溶液。

常見(jiàn)的消解方法包括電熱板消解法、堿熔法[9,13,19]和微波消解法[14-15,20]。雖然這3種消解方法處理滑石粉樣品均有文獻(xiàn)報(bào)道,但具體哪一種消解方式更合適目前沒(méi)有相關(guān)報(bào)道,尤其是測(cè)定硅時(shí)一般采用堿熔法,關(guān)于微波消解法中硅的損失問(wèn)題也沒(méi)有詳細(xì)的報(bào)道。本工作探討了3種消解方法對(duì)滑石粉中Al、Ca、Fe、Mg、Si等主次元素測(cè)定結(jié)果的影響,并最終選擇微波消解法進(jìn)行樣品前處理,隨后利用ICP-AES及耐氫氟酸進(jìn)樣系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)滑石粉中Si及其他主次元素同時(shí)分析,并通過(guò)加標(biāo)回收試驗(yàn)討論硅的損失問(wèn)題。

1 試驗(yàn)部分

1．1 儀器與試劑

ICP-5000雙向觀測(cè)型電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀,配耐氫氟酸進(jìn)樣系統(tǒng)等配件;MX-8000型微波消解儀;SmartLab HP-306DN型電熱板;Mill-Q超純水系統(tǒng)。

Al、Ca、Fe、Mg、Si等5種單元素標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液:1.000 g·L-1,使用時(shí)用硝酸(1+49)溶液稀釋配制成質(zhì)量濃度為0,0.5,1.0,2.0,5.0 mg·L-1的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液系列。

氫氧化鈉為分析純;氫氟酸、硝酸、鹽酸、30%(質(zhì)量分?jǐn)?shù),下同)雙氧水均為優(yōu)級(jí)純;試驗(yàn)用水為超純水。

1．2 儀器工作條件

射頻功率為1 150 W;水平觀測(cè)模式;冷卻氣流量為12 L·min-1,霧化氣流量為0.6 L·min-1,輔助氣流量為1 L·min-1;沖洗泵速和分析泵速分別為100 r·min-1和50 r·min-1;積分時(shí)間選擇自動(dòng)智能積分,長(zhǎng)波10 s,短波15 s。

1．3 試驗(yàn)方法

電熱板消解法:稱取樣品0.200 0 g于聚四氟乙烯燒杯中,加入氫氟酸6 mL,加蓋浸泡過(guò)夜。隨后置于電熱板上加熱趕酸至盡干,冷卻后加入硝酸-鹽酸(1+3)混合酸8 mL反應(yīng)一段時(shí)間后,置于電熱板上趕酸至2 mL左右,加水定容至100 mL,根據(jù)需要稀釋合適的倍數(shù),在儀器工作條件下進(jìn)行測(cè)定。

堿熔法:稱取樣品0.200 0 g于鎳坩堝中,加入氫氧化鈉2 g,混勻,加蓋置于馬弗爐中,升溫至550 ℃保持20 min,冷卻至室溫后取出,用熱水將樣品完全溶出并轉(zhuǎn)移至塑料瓶中,向溶液中緩慢滴加硝酸至溶液澄清透明,加水定容至100 mL,隨后稀釋合適的倍數(shù),在儀器工作條件下進(jìn)行測(cè)定。

微波消解法:稱取樣品0.100 0 g于聚四氟乙烯微波消解罐中,依次加入氫氟酸3 mL、硝酸4 mL和30%雙氧水1 mL,加蓋密封,浸泡過(guò)夜后,采用表1中所示程序進(jìn)行微波消解。消解結(jié)束后,待消解液冷卻至室溫后,緩慢開蓋,并轉(zhuǎn)移至50 mL容量瓶中,用水稀釋至刻度,根據(jù)需要稀釋合適的倍數(shù),在儀器工作條件下進(jìn)行測(cè)定。

2 結(jié)果與討論

2．1 前處理方法的選擇

分別采用3種不同方法對(duì)樣品進(jìn)行消解后,按儀器工作條件測(cè)定滑石粉中Al、Ca、Fe、Mg、Si等5種元素的含量,結(jié)果見(jiàn)表2。

表1 微波消解程序Tab. 1 Program of microwave digestion

由表2可知:采用敞口的電熱板消解,硅損失嚴(yán)重;采用堿熔法消解,由于引入大量的鹽,上機(jī)前溶液中鹽的含量約為2%,造成嚴(yán)重的基體效應(yīng),使Al、Ca、Fe等3種微量元素的測(cè)量結(jié)果偏低;采用密閉的微波消解儀進(jìn)行樣品消解,測(cè)量結(jié)果更準(zhǔn)確、精密度更高,能對(duì)樣品中Si及其他元素進(jìn)行同時(shí)分析。因此,試驗(yàn)選擇微波消解法進(jìn)行樣品前處理。

表2 不同前處理方法下的測(cè)定結(jié)果(n=3)Tab. 2 Determination results under different pretreatment methods(n=3) %

2．2 標(biāo)準(zhǔn)曲線和檢出限

根據(jù)靈敏度、光譜干擾等情況,選擇如表3所示的分析譜線進(jìn)行分析,各元素的線性范圍、線性回歸方程及相關(guān)系數(shù)見(jiàn)表3。

將空白連續(xù)測(cè)量11次,以3倍的標(biāo)準(zhǔn)偏差作為儀器檢出限。

表3 分析譜線、線性參數(shù)與檢出限Tab. 3 Analytical spectral lines, linearity parameters and detection limits

2．3 回收試驗(yàn)

在進(jìn)行微波消解時(shí),采用了氫氟酸,氫氟酸與Si在微波消解罐中形成易揮發(fā)SiF4可能會(huì)造成硅的損失,因此必須確保微波消解罐的密封性等細(xì)節(jié)。為了確定微波消解過(guò)程中是否存在硅的損失，消解前在樣品中加入一定量高純單晶硅進(jìn)行加標(biāo)回收試驗(yàn),結(jié)果見(jiàn)表4。加標(biāo)回收率為94.8%～97.3%,說(shuō)明微波消解罐的密封性良好,在消解過(guò)程中硅元素幾乎無(wú)損失。

表4 硅的加標(biāo)回收試驗(yàn)結(jié)果Tab. 4 Results of test for Si recovery

2．4 樣品分析

將兩個(gè)滑石粉樣品通過(guò)微波消解法消解,在儀器工作條件下平行測(cè)定6次,結(jié)果見(jiàn)表5,測(cè)定值的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差小于5.0%。

表5 滑石粉樣品中5種元素的測(cè)定結(jié)果(n=6)Tab. 5 Determination results of 5 elements in talcum powder samples(n=6)

本工作通過(guò)比較3種前處理方法,最終選擇微波消解法消解滑石粉樣品,采用ICP-AES同時(shí)測(cè)定樣品中Al、Ca、Fe、Mg、Si等元素含量,精密度高、檢出限低,可以用于滑石粉中Si及其他主次元素的同時(shí)分析。

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