馬大平， 夏向偉， 汪 洋

（1. 中鋼集團(tuán)馬鞍山礦山研究總院股份有限公司，安徽 馬鞍山 243000；2. 金屬礦山安全與健康國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，安徽 馬鞍山 243000；3. 華唯金屬礦產(chǎn)資源高效循環(huán)利用國(guó)家工程研究中心有限公司，安徽 馬鞍山 243000）

碳?xì)饽z材料是由美國(guó)在1989年發(fā)明的，是一種輕質(zhì)、多孔、非晶態(tài)、無(wú)機(jī)非金屬納米材料，其連續(xù)的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)可在納米尺度控制和剪裁，具有密度低可控等特點(diǎn)。碳?xì)饽z粉末材料在國(guó)內(nèi)正逐步向碳鋰電池、碳鉛電池、燃料電池、吸附材料和生物醫(yī)療等領(lǐng)域推廣擴(kuò)大。其產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中有少量或微量的Fe、Na無(wú)法去除的雜質(zhì)，產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中需要及時(shí)了解其雜質(zhì)的含量情況，目前還沒(méi)有統(tǒng)一的碳?xì)饽z中Fe、Na快速化學(xué)分析標(biāo)準(zhǔn)可以參考。

目前相關(guān)檢測(cè)方法均為檢測(cè)檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)摸索階段，且檢測(cè)結(jié)果不穩(wěn)定，本次實(shí)驗(yàn)主要考察前處理難消解等情況，增加樣品預(yù)處理流程，在馬弗爐中灼燒2小時(shí)后進(jìn)行四酸消解，能夠更好溶解樣品。利用等離子發(fā)射光譜儀的線性范圍寬、靈敏度高、選擇性好以及同時(shí)多元素連續(xù)測(cè)定的優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)定。

本次采用電感耦合等離子體發(fā)射光譜（ICE-AES）法快速測(cè)定碳?xì)饽z中的金屬元素Fe、Na，能夠保證檢測(cè)結(jié)果穩(wěn)定可靠并且滿足碳?xì)饽z化學(xué)成分分析要求。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 試劑及材料

鹽酸（36%～38%）、硝酸（65%～68%）、氫氟酸（＞40%）、高氯酸（70%～72%），市售；Fe、Na標(biāo)準(zhǔn)溶液。

1.2 儀器及工作參數(shù)

電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀（PE公司Optima 8000系列），電子天平（感量0.000 1 g），馬弗爐。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 試樣分解

將碳?xì)饽z粉末樣品混勻、過(guò)篩（100目）、分取后稱取2.5克樣品預(yù)先在900℃的馬弗爐中灼燒2 h并置于干燥器中冷卻。冷卻后樣品轉(zhuǎn)移至50 mL聚四氟乙烯塑料管中，用少量水沖洗塑料管中，用少量水沖洗塑料管內(nèi)壁，加入7 mL鹽酸、3 mL硝酸、5 mL氫氟酸、1.5 mL高氯酸。放入多孔電加熱板內(nèi)，升溫至120℃，保持30 min，再升溫至170℃，趕酸至近干（若還有不溶物，則補(bǔ)少量酸繼續(xù)消解）。冷卻后有少量余溫時(shí)加入2 mL鹽酸，用水沖洗塑料管內(nèi)壁，再冷卻至室溫后轉(zhuǎn)移至100 mL容量瓶，使用超純水定容至刻度后搖勻上機(jī)測(cè)定。

1.3.2 測(cè)定

在儀器工作條件下預(yù)熱30 min后建立檢測(cè)方法，選定Fe、Na元素分析線，將樣品使用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀測(cè)定。

1.3.3 工作曲線的繪制

分別移取Fe（50 mg/L）標(biāo)準(zhǔn)溶液0.00、1.00、2.00、5.00、10.00 mL置于一組100 mL容量瓶中，Na（50 mg/L）標(biāo)準(zhǔn)溶液0.00、2.00、4.00、10.00、20.00 mL置于另一組100 mL容量瓶中，用空白試劑溶液稀釋至刻度，搖勻。此標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度系列分別為Fe：0.00、0.50、1.00、2.50、5.00 μg/mL，Na：0.00、1.00、2.00、5.00、10.00 μg/mL。根據(jù)儀器的工作條件，選定Fe和Na元素分析線，用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)溶液中被測(cè)元素的光譜強(qiáng)度，測(cè)量過(guò)程中保持從低至高的濃度順序并繪制工作曲線（標(biāo)準(zhǔn)工作曲線線性相關(guān)系數(shù)不應(yīng)低于0.999）。

2 結(jié)果與討論

2.1 稱樣及預(yù)處理

為了保證測(cè)試材料碳?xì)饽z的代表性，降低稱量過(guò)程中帶來(lái)的誤差，樣品稱樣量不應(yīng)小于0.1 g，高含量元素也隨著稱樣量增大而增加稀釋倍數(shù)導(dǎo)致誤差增大。研磨后的碳?xì)饽z樣品粒徑小，混合均勻。通過(guò)多次實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，本次試樣重量在2.5 g時(shí)并對(duì)樣品進(jìn)行灼燒后，測(cè)定結(jié)果相對(duì)穩(wěn)定，所以本次實(shí)驗(yàn)材料稱重均為2.5 g并預(yù)先在900℃的馬弗爐中灼燒2 h并置于干燥器中冷卻。

2.2 儀器工作條件

通過(guò)試驗(yàn)，優(yōu)化儀器工作條件，儀器工作參數(shù)如表1所示。

表1 儀器工作參數(shù)

2.3 測(cè)定溶液酸度

用1.0 g/mL的Fe、Na標(biāo)準(zhǔn)溶液在不同酸度的鹽酸介質(zhì)下測(cè)定，測(cè)定結(jié)果如表2所示。由表2知，在1%～10%鹽酸介質(zhì)下，酸度對(duì)測(cè)定無(wú)影響，各元素的測(cè)定結(jié)果基本保持一致。

表2 酸度試驗(yàn)

2.4 元素分析譜線

儀器穩(wěn)定后分別選取2或3條靈敏線，對(duì)前期處理完成的溶液進(jìn)行掃描，掃描完成后選取未受光譜干擾、譜線明顯、無(wú)重疊的譜線作為分析線。通過(guò)實(shí)驗(yàn)分別選項(xiàng)一條滿足要求的分析線。本實(shí)驗(yàn)中使用的最終分析線如表3所示。

表3 推薦分析線

2.5 加標(biāo)回收試驗(yàn)

通過(guò)在已知樣品（碳?xì)饽z粉末 1#和碳?xì)饽z粉末 2#）中加入一定量的標(biāo)準(zhǔn)溶液后進(jìn)行樣品前處理后上機(jī)測(cè)定，測(cè)定結(jié)果如表4所示。由表4知，本方法的加標(biāo)回收率介于95.57%～104.45%，回收率高，說(shuō)明方法可靠。

表4 加標(biāo)回收試驗(yàn)

2.6 精密度實(shí)驗(yàn)

對(duì)2種不同碳?xì)饽z粉末進(jìn)行精密度試驗(yàn)，平行測(cè)定7次，測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表5。由表5知，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差在0.64～2.33%之間，精密度高，說(shuō)明結(jié)果穩(wěn)定可靠，能夠滿足測(cè)定要求。

表 5 精密度試驗(yàn)（n＝7）

3 結(jié)論

本研究結(jié)果表明，當(dāng)取樣量為2.5 g、定容體積為100 mL時(shí)，在1%～10%鹽酸介質(zhì)下，酸度對(duì)測(cè)定無(wú)影響，各元素的測(cè)定結(jié)果基本保持一致。碳?xì)饽z粉末中 Fe加標(biāo)回收率為 96.98%，Na加標(biāo)回收率為100.01%，F(xiàn)e相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差1.69%～2.33%，Na相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差0.64%～2.27%。此次方法各項(xiàng)特性指標(biāo)達(dá)到預(yù)期要求。

電感耦合等離子體發(fā)射光譜法測(cè)定碳?xì)饽z中的Fe、Na，方法簡(jiǎn)便、快速、準(zhǔn)確、可靠并有較高的精密度和準(zhǔn)確度，適用于碳?xì)饽z中金屬元素Fe、Na的快速分析。