ICP-AES法測(cè)定石墨中的鐵元素
摘要: 通過實(shí)驗(yàn)研究，建立了基于鋼研納克全譜電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀Plasma 2000測(cè)定石墨中Fe的分析方法。石墨放于鉑金坩堝于馬弗爐中加熱到1000 ℃完全灰化。若完全燒盡，加入一定量HCl，轉(zhuǎn)移，定容；若坩堝中有硅殘余，則加入一定量HCl和HF，轉(zhuǎn)移，定容。采用電感耦合等離子體發(fā)射光譜法測(cè)定石墨中的Fe元素。結(jié)果表明，F(xiàn)e元素的檢出限在0.3 μg/L，兩個(gè)石墨樣品中鐵的測(cè)定值分別為1.68μg/g、9.19μg/g，方法適用于石墨中Fe元素的測(cè)定。
關(guān)鍵詞：全譜；電感耦合等離子體發(fā)射光譜法；石墨；鐵
石墨是我國優(yōu)勢(shì)非金屬礦產(chǎn)之一，其儲(chǔ)量和產(chǎn)銷量居世界首位。石墨系列產(chǎn)品已經(jīng)廣泛應(yīng)用于冶金、機(jī)械、電子、化工、輕工、軍工、國防及耐火材料等行業(yè)，是當(dāng)今科技發(fā)展必不可少的重要非金屬原料［1］。石墨作為電池材料的負(fù)極也被廣泛使用，鐵元素的存在會(huì)影響電池性能，因此鐵的測(cè)定非常重要。我國于1995年制定了石墨化學(xué)分析方法國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T3521-95，檢測(cè)項(xiàng)目僅包括石墨產(chǎn)品中水分、揮發(fā)分、固定碳、硫和酸溶鐵的分析［2］。標(biāo)準(zhǔn)中使用比色法測(cè)定鐵，對(duì)實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試不適用，ICP-AES法已廣泛應(yīng)用在地質(zhì)、化工、環(huán)保等領(lǐng)域。本文通過實(shí)驗(yàn)研究，建立了基于國產(chǎn)全譜型電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀ICP-2000快速、準(zhǔn)確測(cè)定石墨中鐵元素的分析方法。
1 實(shí)驗(yàn)部分
1.1 儀器及工作條件
Plasma 2000 電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀
觀測(cè)方式：徑向觀測(cè)
進(jìn)樣系統(tǒng)：有機(jī)進(jìn)樣系統(tǒng)
分光系統(tǒng)：中階梯光柵與棱鏡交叉色散結(jié)構(gòu)，全譜瞬態(tài)直讀
檢測(cè)器：大面積背照式CCD芯片，高紫外量子化效率，寬動(dòng)態(tài)范圍
光源：高效固態(tài)射頻發(fā)生器，小體積高效率
Plasma2000全譜型電感耦合等離子體光譜儀（鋼研納克檢測(cè)技術(shù)有限公司）；高純氬（純度≥99.999%）。參數(shù)設(shè)置：功率1.15 kW；冷卻氣流量15.0 L/min，輔助氣流量0.5 L/min，霧化氣流量0.5 L/min；蠕動(dòng)泵泵速20 rpm；霧化器及霧室、三層同軸炬管。
1.2 ICP-AES儀器工作條件
鹽酸，ρ≈1.19 g/ml,優(yōu)級(jí)純，北京化工廠；氫氟酸ρ≈1.15 g/ml,優(yōu)級(jí)純，北京化工廠； Fe的標(biāo)準(zhǔn)溶液質(zhì)量濃度均為1000 μg/ml，國家鋼鐵材料測(cè)試中心；所用溶液用水均為二次去離子水。
1.3 樣品處理
稱取1.0 g（精確至0.0001 g）試料于鉑坩堝中，置于馬弗爐中，升溫到1000 ℃，灼燒4 h以上至試料完全灰化，冷卻后取出，在鉑坩堝中加入3 ml鹽酸，電熱板稍微加熱后，將溶液轉(zhuǎn)移到聚四氟乙烯燒杯中，聚四氟乙烯燒杯置于控溫電熱板上加熱至試料完全溶解。取下，稍冷后滴加1 ml氫氟酸。冷卻后轉(zhuǎn)移至100 ml塑料容量瓶中，加水至刻度，混勻。在等離子體原子發(fā)射光譜儀上測(cè)定，隨同試料做試劑空白。
2 結(jié)果與討論
2.1 樣品的取樣量
為保證取樣的代表性、均勻性及分析方法的準(zhǔn)確性，石墨樣品取樣量實(shí)驗(yàn)得結(jié)果表明，對(duì)于質(zhì)量分?jǐn)?shù)在99.99 %以上石墨，由于雜質(zhì)元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般在0.01 %以下，稱樣量為1.0 g為宜。
2.2 溶樣用酸的選擇
樣品灼燒后采用鹽酸、氫氟酸溶解樣品中的灰分。若測(cè)定硅和硼，加氫氟酸時(shí)要注意溶液溫度，防止硅或硼形成氟化硅或氟化硼而溢出，溫度要控制在100 ℃以下。
2.3 分析譜線的選擇
石墨中的主要成分在高溫灰化時(shí)已經(jīng)揮發(fā)除去，無需考慮基體元素對(duì)待測(cè)元素的干擾。實(shí)驗(yàn)中利用ICP-AES的譜線輪廓圖，確認(rèn)待測(cè)元素痕量元素扣背景的位置，從而有效消除待測(cè)元素之間的干擾。此外，本實(shí)驗(yàn)依據(jù)待測(cè)溶液中鐵元素的含量，選擇靈敏度高、譜線背景低、無其它元素嚴(yán)重干擾的譜線作為分析線（表1）。
表1 元素分析線波長
元素 Fe
波長/nm 259.9
2.4 方法檢出限和定量限
以空白溶液連續(xù)測(cè)定11次的標(biāo)準(zhǔn)偏差的3倍所對(duì)應(yīng)的質(zhì)量濃度為檢出限；以空白溶液連續(xù)測(cè)定11次的標(biāo)準(zhǔn)偏差的10倍所對(duì)應(yīng)的質(zhì)量濃度為定量限，結(jié)果列于表2。
表2 方法檢出限和定量限
元素 Fe
檢出限/(μg/L) 0.3
定量限/(μg/L) 1.0
2.5 方法準(zhǔn)確度和精密度實(shí)驗(yàn)
采用加標(biāo)回收率法驗(yàn)證方法的準(zhǔn)確度。按上述實(shí)驗(yàn)方法和選定的儀器條件，稱樣后準(zhǔn)確加入鐵標(biāo)液，進(jìn)行加標(biāo)回收率實(shí)驗(yàn)，結(jié)果列于表3，回收率為103%。使用實(shí)際樣品測(cè)定精密度見表4。
表3 方法準(zhǔn)確度實(shí)驗(yàn)
元素 Fe
加入量/(μg/L) 10.0
回收量/(μg/L) 10.3
回收率/% 103
表4 實(shí)際石墨樣品檢測(cè)結(jié)果
樣品編號(hào) Fe測(cè)定值（μg/g） 平均值（μg/g） SD（μg/g）
1# 1.58,1.69,1.77 1.68 0.10
2# 9.27,8.78,9.51 9.19 0.37
3 結(jié)論
本文建立了ICP-AES快速測(cè)定石墨中鐵的方法。方法靈敏度高、檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確、分析速度快，適合石墨產(chǎn)品中鐵的分析。
參考文獻(xiàn):
[1] 李英堂，田淑艷,汪美鳳. 應(yīng)用礦物學(xué)[M].北京: 科學(xué)出版社, 1995.
[2] GB/T3521-95 石墨化學(xué)分析方法[S] .

Plasma 2000型ICP-OES開關(guān)機(jī)操作規(guī)程
開機(jī)：
步：確認(rèn)配電箱中主電源供電正常，ICP-AES儀器主機(jī)電源、電腦電源及循環(huán)水箱電源的插座供電正常，摘除風(fēng)帽，檢查、清理廢液桶。
第二步：打開循環(huán)水箱電源開關(guān)。
第三步：打開儀器前面板電源開關(guān)。
第四步：打開氣瓶閥門，調(diào)節(jié)分壓為0.6MPa~0.7MPa。
第五步：打開排風(fēng)扇。
第六步：打開電腦中Plasma 2000操作軟件。檢查進(jìn)樣系統(tǒng)完整性，安裝蠕動(dòng)泵管，點(diǎn)擊按 鈕使蠕動(dòng)泵旋轉(zhuǎn)，查看進(jìn)液、排液是否流暢。流暢后點(diǎn)擊 按鈕使蠕動(dòng)泵停止。
第七步：點(diǎn)擊點(diǎn)火 按鈕進(jìn)行點(diǎn)火。（注意?。。↑c(diǎn)擊 之后，操作人員一定不要離開儀器，可以點(diǎn)擊熄火 按鈕使熄火對(duì)話框彈出，保證點(diǎn)火過程一旦出現(xiàn)異常情況能夠隨時(shí)熄火。）
關(guān)機(jī)：
步：依次用稀硝酸和去離子水沖洗進(jìn)樣系統(tǒng)5min后，點(diǎn)擊 按鈕進(jìn)行熄火。
第二步：關(guān)閉儀器前面板窗口中電源。
第三步：松開蠕動(dòng)泵管。
第四步：關(guān)閉氣瓶閥門。
第五步：關(guān)閉排風(fēng)扇，蓋上風(fēng)帽，定期檢查清理廢液桶。
第六步：關(guān)閉循環(huán)水箱電源開關(guān)。
第七步：退出Plasma 2000操作軟件并關(guān)閉電腦。

Plasma 2000型ICP-OES日常維護(hù)須知
1、儀器正常使用對(duì)實(shí)驗(yàn)室有哪些要求？
（1）環(huán)境溫濕度：溫度18℃~24℃，相對(duì)濕度≤70%，配空調(diào)機(jī)（功率≥3P）。
（2）環(huán)境要求：儀器需要防塵。儀器室應(yīng)與前處理室隔離，并保持儀器室清潔衛(wèi)生。
（3）儀器用電：220V，要求導(dǎo)線為10mm2銅線，且安裝≥32A的漏電保護(hù)開關(guān)。
（4）接地要求：獨(dú)立地線，接地電阻小于4Ω。地線與電源零線間電壓≤3伏特。
（5）排風(fēng)要求：大于400立方米/小時(shí)。
2、儀器正常使用是否需要預(yù)熱？
（1）初次上電：儀器需要預(yù)熱4小時(shí)，以保證儀器內(nèi)部溫度完全穩(wěn)定。
（2）常規(guī)使用：儀器點(diǎn)火后預(yù)熱10分鐘即可使用。
如果儀器每天都要使用，推薦保持儀器主機(jī)電源的供電，以保證內(nèi)部溫度持續(xù)穩(wěn)定。
3、儀器點(diǎn)火困難怎么辦？
（1）儀器點(diǎn)火難易與炬管箱中的濕度有關(guān)，梅雨季節(jié)或空氣濕度大時(shí)較難點(diǎn)火。如有水汽冷凝在工作線圈和炬管上甚至?xí)l(fā)生放電、打火，所以點(diǎn)火前一定要確定感應(yīng)線圈沒有凝結(jié)水，濕度大時(shí)要開除濕器除濕。
（2）儀器點(diǎn)火困難與炬管的位置也有關(guān)系，稍微調(diào)整一下炬管的高度會(huì)有改善。
（3）儀器點(diǎn)火困難與氬的純度有關(guān)，氬不純或含水氣會(huì)導(dǎo)致點(diǎn)火困難。
5、儀器正常使用中哪些配件需要維護(hù)？
（1）儀器長期使用后炬管頭會(huì)變黑，要定期用熱的稀酸浸泡數(shù)小時(shí)，用水清洗干凈，徹底干燥后使用。
（2）霧化器極易被沉淀等顆粒阻塞，儀器不允許帶沉淀或者進(jìn)樣過程產(chǎn)生沉淀測(cè)試。
（3）定期更換蠕動(dòng)泵管，更換周期一般為三個(gè)月，具體根據(jù)管彈性及管內(nèi)顆粒情況定，以免影響數(shù)據(jù)精度。
（4）循環(huán)冷卻水箱必須使用純凈水，三個(gè)月至半年更換一次，以免結(jié)水垢和長綠藻。

1
Plasma1500
電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀測(cè)定高純石墨中的 9 種痕
量雜質(zhì)元素
關(guān)鍵詞
Plasma1500 ICP OES 高純石墨 痕量雜質(zhì) 元素 ，全譜瞬態(tài)直讀
引言
石墨是我國優(yōu)勢(shì)非金屬礦產(chǎn)之一，其儲(chǔ)量和產(chǎn)銷量居世界首位。石墨系列產(chǎn)品已經(jīng)廣泛應(yīng)用
于 冶金、
機(jī)械、電子、化工、輕工、軍工、國防及耐火材料等行業(yè)，是當(dāng)今科技發(fā)展必不可少的重要非金屬原料。
高科技的快速發(fā)展對(duì)石墨原料的純度要求越來越高，相應(yīng) 地 如何 準(zhǔn)確測(cè)定高純石墨中痕量元素雜質(zhì)的方
法 亟待解決 。我國于 2008 年制定了石墨化學(xué)分析方法國家標(biāo)準(zhǔn) GB/T3521 2008 ，但 檢測(cè) 項(xiàng)目 僅包括石墨產(chǎn)
品中水分、揮發(fā)分、固定碳、硫和酸溶鐵的分析 。 目前，快速 測(cè)定高純石墨中多種痕量雜質(zhì)元素的 要求 越
來越迫切 。本文通過實(shí)驗(yàn)研究，建立了 基于國產(chǎn)單道掃描電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀 快速、準(zhǔn)確測(cè)定高
純石墨中 9 種 痕量雜質(zhì)元素的分析 方法。
儀器特點(diǎn)
Plasma 1 500 電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀 （鋼研納克檢測(cè)技術(shù) 股份 有限公司）是一種使用方便、操作
簡單、測(cè)試快速的 單道掃描 ICP OES 分析儀，具有良 好的分析精度和穩(wěn)定性。 儀器特點(diǎn)如下：
? 1. 分析流程全自動(dòng)化控制，實(shí)現(xiàn)軟件點(diǎn)火、氣路智能控制功能； ? 2. 輸出功率自動(dòng)匹配調(diào)諧，功率參數(shù)程序設(shè)定； ? 3. 優(yōu)良的光學(xué)系統(tǒng)，先進(jìn)的控制系統(tǒng)，保證峰位定位準(zhǔn)確，信背比優(yōu)良； ? 4. 極小的基體效應(yīng)； ? 5. 測(cè)量范圍寬，超微量到常量的分析，動(dòng)態(tài)線性范圍5—6個(gè)數(shù)量級(jí)； ? 6. 檢出限低，大多數(shù)元素的檢出限可達(dá)ppb級(jí)； ? 7. 良好的測(cè)量精度，穩(wěn)定性相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差RSD≤1.5%（5ppm），優(yōu)于國家A級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（JJG768-2005）； ? 8. Rf輸出功率的范圍750-1500W，輸出功率穩(wěn)定性小于0.1%； ? 9. 光電倍增管的負(fù)高壓可在0-1000V范圍內(nèi)獨(dú)立可調(diào)，可根據(jù)不同元素的不同譜線單獨(dú)設(shè)置條件，和全譜儀器比較有更好的檢出限； ? 10. 納克儀器采用高屏蔽和良好接地保證操作者的安全； ? 11. 高精度的光室恒溫系統(tǒng)，保證儀器優(yōu)良的長短期精度； ? 12. 多通道蠕動(dòng)泵進(jìn)樣，保證儀器進(jìn)樣均勻，工作穩(wěn)定； ? 13. 使用鈸銅彈片和特殊處理的屏蔽玻璃，在吸收紫外線同時(shí)使儀器輻射小于2V/m（JJG768-2005規(guī)定小于10V/m）。
2
? 14. 具有較高的譜線分辨率，能分出Hg313.154 和313.183nm 雙線譜線，能分出鐵的四重峰。
? 15. 人性化的軟件設(shè)計(jì)，操作方便，終身免費(fèi)升級(jí)。功能強(qiáng)大、友好的人機(jī)界面分析軟件,可在測(cè)定過程中，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，方法編制和結(jié)果分析，是真正的多任務(wù)工作軟
件；該軟件數(shù)據(jù)處理功能強(qiáng)大，提供了多種方法，如內(nèi)標(biāo)校正、IECS 和QC 監(jiān)測(cè)功能等，可獲得的背景扣除點(diǎn)以消除干擾；對(duì)輸出數(shù)據(jù)可直接打印或自動(dòng)生成Excel
格式的結(jié)果報(bào)告。
樣品前處理
樣品溶解圖解
稱取1.0g 樣品高純石墨于鉑金坩堝中
馬弗爐中950℃灼燒約4 小時(shí)至完全
灰化，冷卻后取出鉑金坩堝
在鉑坩堝中加入3 ml 硝酸，于電熱板
上稍微加熱
稍冷后滴加1 ml 氫氟酸
冷卻后轉(zhuǎn)移至100 ml 塑料容量瓶中
定容
3
儀器參數(shù)
儀器工作參數(shù) 設(shè)定值 儀器工作參數(shù) 設(shè)定值
功率／W 1150 輔助氣流速／L·min-1 0.5
冷卻氣流速／L·min-1 13.5 蠕動(dòng)泵轉(zhuǎn)速/rpm 20
載氣流速／L·min-1 0.15 進(jìn)樣時(shí)間/s 25
分析結(jié)果
采用加標(biāo)回收率法進(jìn)行了本文的準(zhǔn)確度實(shí)驗(yàn)。按上述實(shí)驗(yàn)方法和選定的儀器條件，稱樣后準(zhǔn)確加入各
待測(cè)元素10 μg/L，進(jìn)行加標(biāo)回收率實(shí)驗(yàn)，結(jié)果列于表1，回收率在98%到104%。
4
結(jié)論
本文建立了ICP-AES 快速測(cè)定高純石墨中9 種痕量雜質(zhì)元素的方法。該法靈敏度高、檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確、
分析速度快，適合高純石墨產(chǎn)品中多種雜質(zhì)元素的快速分析，是檢測(cè)高純石墨中多種雜質(zhì)元素的理想方法。
儀器優(yōu)點(diǎn)
? 1. 分析流程全自動(dòng)化控制，實(shí)現(xiàn)軟件點(diǎn)火、氣路智能控制功能；
? 2. 輸出功率自動(dòng)匹配調(diào)諧，功率參數(shù)程序設(shè)定；
? 3. 優(yōu)良的光學(xué)系統(tǒng)，先進(jìn)的控制系統(tǒng)，保證峰位定位準(zhǔn)確，信背比優(yōu)良；
? 4. 極小的基體效應(yīng)；
? 5. 測(cè)量范圍寬，超微量到常量的分析，動(dòng)態(tài)線性范圍5—6 個(gè)數(shù)量級(jí)；
? 6. 檢出限低，大多數(shù)元素的檢出限可達(dá)ppb 級(jí)；
? 7. 良好的測(cè)量精度，穩(wěn)定性相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差RSD≤1.5%（5ppm），優(yōu)于國家A 級(jí)標(biāo)準(zhǔn)（JJG768-2005）；
? 8. Rf 輸出功率的范圍750-1500W，輸出功率穩(wěn)定性小于0.1%；
? 9. 光電倍增管的負(fù)高壓可在0-1000V 范圍內(nèi)獨(dú)立可調(diào)，可根據(jù)不同元素的不同譜線單獨(dú)設(shè)置條件，和全譜儀器比較有更好的檢出限；
? 10. 納克儀器采用高屏蔽和良好接地保證操作者的安全；
? 11. 高精度的光室恒溫系統(tǒng)，保證儀器優(yōu)良的長短期精度；
? 12. 多通道蠕動(dòng)泵進(jìn)樣，保證儀器進(jìn)樣均勻，工作穩(wěn)定；
? 13. 使用鈸銅彈片和特殊處理的屏蔽玻璃，在吸收紫外線同時(shí)使儀器輻射小于2V/m（JJG768-2005 規(guī)定小于10V/m）。
? 14. 具有較高的譜線分辨率，能分出Hg313.154 和313.183nm 雙線譜線，能分出鐵的四重峰。
? 15. 人性化的軟件設(shè)計(jì)，操作方便，終身免費(fèi)升級(jí)。功能強(qiáng)大、友好的人機(jī)界面分析軟件,可在測(cè)定過程中，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，方法編制和結(jié)果分析，是真正的多任務(wù)工作軟
件；該軟件數(shù)據(jù)處理功能強(qiáng)大，提供了多種方法，如內(nèi)標(biāo)校正、IECS 和QC 監(jiān)測(cè)功能等，可獲得的背景扣除點(diǎn)以消除干擾；對(duì)輸出數(shù)據(jù)可直接打印或自動(dòng)生成Excel
格式的結(jié)果報(bào)告。