镁铬质耐火材料的ICP-AES法测定

　　　　王本辉1 辛凌云2 梁献雷1 曹海洁1

　　(1.中钢集团洛阳耐火材料研究院，洛阳，471039;2.洛阳师范学院化学化工学院，洛阳，471022)

摘要 采用电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP—AES)同时测定镁铬质耐火材料中Cr2O3、SiO2、 Fe2O3、TiO2、CaO、Al2O3等次量及微量成分。通过试验确定了熔样方法、仪器最佳工作参数、ICP分析条件、分析 谱线等，同时研究了基体效应。结果表明，样品用四硼酸锂和碳酸锂混合熔剂于1000℃左右熔融，可完全分解试 样。引入试液中的大量锂和基体镁对测定有影响，可用基体匹配方法消除;样品中含量较高的铬、铁和铝对含量低 的其它元素没有光谱干扰。用该法分析镁铬质耐火材料标样BCS369和BCS370的相对标准偏差RSD均小于 l%，测定值与标准值一致。

　　

关键词 镁铬质耐火材料 电感耦合等离子体原子发射光谱法 基体效应

　　

1 前 言

　　

镁铬质耐火材料的化学分析大多采用容量分析 法和分光光度法[1]，在分析过程中常常需要严格控 制溶液的各项反应条件，操作比较复杂、繁琐，而采 用电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP—AES)， 不仅可多元素同时测定，而且具有灵敏度高、干扰 少、线性范围宽等优点，可广泛用于各个行业[2-5]。 已有文献报道，利用ICP—AES法实现了对镁铬质 耐火材料中的镁、铬、钙、铁和铝等主次成分的同时 分析[6]。ICP—AES法虽然可对多种成分同时测定， 但在测定主成分时误差比较大。为此，本文提出采 用四硼酸锂和碳酸锂熔样，镁铬质耐火材料中的主 成分MgO作为基体组分，用ICP—AES法同时测定 镁铬质耐火材料中的Cr2O3、SiO2、Al2O3、 Fe2O3、TiO2、CaO。

　　

2实验部分

　　

2.1仪器及工作条件 iCAP 6000 Series型电感耦合等离子体原子发 射光谱仪(美国Thermo公司)。仪器工作功率： 1150 W;雾化器压力：0.2 MPa;辅助氩气流量： 0.5L/min;冲洗时间：30 S;冲洗泵速：100 rpm，分析 泵速：50 rpm;观测高度：15 ram(观测高度一般不可 调);积分时间：长波5s，短波15s;分析谱线见表5。

　　

2.2试剂与标准溶液 Li2B4O7、Li2CO3、HNO3、HCl为优级纯。

　　

水为二级反渗透高纯水。

　

Cr2O3、SiO2、 Fe2O3、TiO2、CaO、Al2O3标准储 备液：浓度均为lmg/mL，用时稀释为100μg/mL。

　　

基体溶液：MgO浓度为5 mg/mL;Li2B4O7， Li2CO3浓度为40mg/mL。

　　

混合标准系列：根据镁铬质样品中各元素的实 际含量，计算出所需上述各标准溶液的毫升数，配制 系列混合标准溶液。为了避免混合标准溶液中元素 过多而导致相互影响，元素可分组配制。第一组： A12O3、CaO;第二组：Fe2O3、TiO2;第三组：SiO2;第 四组：Cr2O3。分别移取上述所需标准溶液和基体 溶液的毫升数于200mL容量瓶中，按表l～4配制 系列混合标准溶液。

　　

第一组混合标准溶液的配制见表1。

　　

第二组混合标准溶液的配制见表2。

　　

第三组混合标准溶液的配制见表3。

　

 

第四组混合标准溶液的配制见表4。

　　

2.3实验方法

　　

选用Li2B4O7和Li2CO3混合溶剂，其中加入 Li2CO3易于样品的浸取。考虑要让样品充分熔解的同时还要避免盐类过高给雾化器带来的不利影 响，本实验选择熔剂与试样的比例为10：1。称取试 样0.2000g于铂金坩埚中，加入1.5000g Li2B4O7 和0.50009 Li2CO3混合熔剂，搅匀，盖上锅盖，将其 置于高温炉内，从低温开始逐渐升温至1000℃左右 熔融，待试样完全分解(约5～30 min)，旋转坩埚， 使熔融物附着于坩埚内壁上，冷却。将坩埚及盖置 于盛有20～30 mL沸水及10 mL盐酸(1+1)的烧 杯中，低温加热至熔融物全部溶解，取下冷却后，移 至200mL容量瓶中，用5%盐酸定容，摇匀，溶液的 酸度尽可能与各标准溶液一致，以消除酸度对分析 结果的影响，同时配制1份空白溶液。

　　

2.4工作曲线绘制

　　

按选定的仪器分析条件进行测定，绘制各元素 的工作曲线。各元素采用的波长，混合标准溶液的 浓度范围及线性相关系数见表5。

　　

3结果与讨论

　　

3.1分析谱线的选择

　　

因为样品中待测元素含量高低不同，选择分析 线时主要考虑低含量元素的灵敏度和各个元素之间 的谱线干扰。在元素分析时，尽可能选择波形完整、 成像位置好、共存元素之间无光谱干扰、波长差值 大、强度适中的谱线作为待测元素的分析线。根据 全谱仪每个元素可同时选择多条分析谱线的特点， 同时考虑共存元素的相互干扰，每个元素先选择2 ～4条谱线进行测定，然后用混合标准溶液在各分 析线波长处依次扫描并做对照，根据计算机显示的 谱线及背景的轮廓和强度值选择分析线(见表5)。

　　

3.2基体效应

　　

由于在实验中引入了大量碱金属锂，因此考察 了碱金属锂对待测元素的光谱干扰。结果表明，碱 金属锂作为基体在常规观测区域对待测元素钙、铁 有明显的增感效应。因而必须在配制标准溶液时进行基体匹配。为了考察大量MgO基体的存在对测 定SiO2、Fe2O3、TiO2、CaO、A12O03、Cr2O3的影响， 做了不同浓度的MgO基体对待测元素谱线强度的影响试验，结果见图1。

　　

从图1可以看出，各待测元素谱线强度随基体 MgO浓度的增加均呈现出不规律的变化，有增感也 有抑制。这是因为Mg是一种具有中等激发电位和 中等电离电位的元素，它的光谱行为是s电子参加 跃迁，谱线较简单，但它有较强的扩散线，易造成背 景干扰，且如此大量的基体Mg元素进入等离子体， 改变了光谱的激发条件，使I=ac式中各有关参量 不再固定不变，谱线强度与分析物浓度也偏离了严 格的正比关系[7]。为了控制激发条件，改善Mg的 散射光影响，在标准溶液中除了加入基体缓冲剂(如 Li2B4O7)之外，还须加入与样品相同量的MgO基 体，使谱线行为趋于一致。

　　

3.3谱线干扰

　　

对于待测元素之间的谱线干扰，考察了含量较高的Cr、Fe和Al元素之间的干扰及对低含量元素 的干扰情况。从叠加的扫描图可以看出，所选的谱 线间相互干扰很小，分别测定Cr、Fe和Al元素的 标准溶液(100/卫g/mL)及混合标准溶液的谱线强度 变化，结果未发现存在光谱干扰现象。

　　

3.4方法的准确度和精密度

　　

准确称取0.2000 g试样于铂皿中，按2.3方法 进行样品处理。选择各元素的分析谱线，进行ICP —AES法测量，结果见表6。由表6可知，ICP—AES 法测定结果与标准值基本一致，说明本法有较好的准确度。

　

同时，采用本法对同一样品连续进行了6次平 行测定，结果见表6。方法的相对标准偏差RSD小 于1%，说明本法具有很好的精密度。

　　

4 结 论

　　

采用碱熔样，用ICP—AES法同时测定镁铬质 耐火材料中的Cr2O3、SiO2、A12O、Fe2O3、TiO2、 CaO，建立了ICP—AES法快速测定镁铬质耐火材 料中主量和次量成分的方法。实验结果表明，本法 具有较高的精密度和准确度，可为镁铬质耐火材料 的工艺研究和生产提供可靠的分析数据。

 

【中国镁质材料网 采编：ZY】