姚成虎，王 娟

(馬鞍山市產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)所 安徽馬鞍山 243000)

布袋除塵灰和爐灰是冶金生產(chǎn)過(guò)程產(chǎn)生的副產(chǎn)物[1]、[2]，進(jìn)行樣品分析對(duì)于指導(dǎo)冶煉過(guò)程，保證冶金產(chǎn)品質(zhì)量具有重要意義。布袋除塵灰和爐灰中氧化鈉、氧化鉀這一類(lèi)堿金屬有害物質(zhì)的存在對(duì)爐灰的回收利用是有害的，導(dǎo)致高爐堿金屬循環(huán)富集嚴(yán)重，對(duì)高爐順行和生鐵質(zhì)量等產(chǎn)生不利影響[3]、[4]，因此對(duì)其進(jìn)行含量測(cè)定在冶金生產(chǎn)中具有重要指導(dǎo)作用。針對(duì)布袋除塵灰、爐灰樣品中多元素的分析問(wèn)題，目前已有的文獻(xiàn)資料主要集中在利用火焰原子吸收法、X射線(xiàn)熒光光譜法和近年來(lái)發(fā)展比較快，分析測(cè)定效率較高的電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法測(cè)定。如張立新[5]、樊鑫[6]等人通過(guò)酸融解鐵礦石試樣，采用X射線(xiàn)熒光光譜法測(cè)定鉀鈉鋅錳硫鉻鎳等多種元素，測(cè)定結(jié)果與濕法認(rèn)定值偏差較小，準(zhǔn)確度高；郭玉坤[7]、張濤[8]等研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)采用火焰原子吸收法測(cè)定礦石中的多種化學(xué)元素含量，高效便捷；王彥芬[9]、趙二敏[10]等人采用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法測(cè)定礦渣中鉀、鈉、鋰等元素成分，前處理簡(jiǎn)單，測(cè)試準(zhǔn)確性，可滿(mǎn)足同時(shí)測(cè)定多種化學(xué)成分的要求。通過(guò)對(duì)多種方法進(jìn)行分析對(duì)照，綜合考慮，本實(shí)驗(yàn)主要通過(guò)采用ICP法對(duì)布袋除塵灰、高爐灰兩種基體不同的樣品進(jìn)行分析，并通過(guò)基體效應(yīng)影響、不同方法之間的對(duì)比分析選定一種適合大批量樣品的測(cè)試方法。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1主要儀器與試劑

Optima 7000DV電感耦合等離子原子發(fā)射光譜儀，測(cè)量范圍為165 nm-850 nm。

鉀標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液：1000 μg/ml；鈉標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液：1000 μg/mL。高純鐵粉(質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥99.98 %)，鹽酸、硝酸、氫氟酸、高氯酸為分析純，氬氣的純度不小于99.999 %，實(shí)驗(yàn)室用水為二級(jí)水。

1.2儀器工作條件

射頻功率為1300 W；等離子氣體流量15 L/min；輔助氣流量0.2 L/min；霧化氣流量0.80 L/min；泵流量1.50 mL/min，等離子體觀測(cè)方向?yàn)檩S向。K分析譜線(xiàn)為766.490 nm，Na分析譜線(xiàn)為589.592 nm。

1.3實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 布袋除塵灰、爐灰樣品處理及測(cè)定

稱(chēng)取0.1000 g樣品置于250 mL聚四氟乙烯燒杯中(平行樣兩份)，加水潤(rùn)濕，依次加入15 mL鹽酸，2 mL氫氟酸低溫加熱溶解大部分試樣，然后加入10 mL硝酸氧化、5 mL高氯酸，加熱蒸發(fā)至冒高氯酸煙，蒸發(fā)至近干狀態(tài)，取下，稍冷。加入20 mL鹽酸(1+1)溶解鹽類(lèi)，煮沸2 min，取下，冷卻至室溫。

將試樣溶液轉(zhuǎn)移至100 mL容量瓶中，用水稀釋至刻度，定容，混勻。如有殘?jiān)鼊t需進(jìn)行干過(guò)濾處理。如測(cè)定結(jié)果超出線(xiàn)性范圍，則需對(duì)試樣進(jìn)行稀釋處理，分取10 mL體積至100 mL容量瓶中，用水稀釋至刻度，定容，混勻。隨同試樣做空白實(shí)驗(yàn)。

將處理好的樣品置于等離子體原子發(fā)射光譜儀按照儀器工作條件進(jìn)行測(cè)定。

1.3.2 校準(zhǔn)曲線(xiàn)繪制

為保證基體與試樣保持一致，選用純鐵加不同濃度梯度的氧化鉀、氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液，分別繪制氧化鈉和氧化鉀校準(zhǔn)曲線(xiàn)。

先將鉀標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液稀釋至40 μg/mL備用，鈉標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液稀釋至20 μg/mL備用，然后分別按照下表移取相應(yīng)鉀、鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液體積繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)。

表1 校準(zhǔn)曲線(xiàn)繪制

空白校準(zhǔn)曲線(xiàn)以純鐵校準(zhǔn)，純鐵標(biāo)準(zhǔn)溶液配制方法：稱(chēng)取0.1000 g純鐵，用10 mL鹽酸溶解后，滴加硝酸氧化，加3 mL高氯酸蒸發(fā)至冒煙并繼續(xù)蒸發(fā)至近干，冷卻。加入20 mL鹽酸(1+1)，加熱溶解鹽類(lèi)，冷卻至室溫，移入100 mL容量瓶中，用水稀釋至刻度，混勻，此溶液1 mL含1 mg鐵。

2 結(jié)果與討論

2.1 儀器工作條件的選擇

等離子體原子發(fā)射光譜法在分析物質(zhì)過(guò)程中的原子化、激發(fā)過(guò)程、電離行為、離子干擾等情況均與儀器設(shè)置的射頻功率、載氣流量、等離子體觀測(cè)方位高度等參數(shù)都有著密切關(guān)系。

為達(dá)到最優(yōu)化的儀器工作條件，首先應(yīng)找到滿(mǎn)足信噪比高、檢出限低、分析效率高的分析線(xiàn)。因此本試驗(yàn)對(duì)儀器工作條件進(jìn)行優(yōu)化驗(yàn)證，最終確定等離子體原子發(fā)射光譜法最佳工作條件為射頻功率為1300 W；等離子氣體流量15 L/min；輔助氣流量0.2 L/min；霧化氣流量0.80 L/min;泵流量1.50 mL/min，等離子體觀測(cè)方向?yàn)檩S向。

在等離子體發(fā)射光譜儀分析過(guò)程中，元素分析譜線(xiàn)的選擇對(duì)測(cè)試結(jié)果有著至關(guān)重要的影響，直接關(guān)系到試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。鉀的推薦分析譜線(xiàn)有404.414 nm、404.720 nm、766.490 nm、769.896 nm，鈉的推薦譜線(xiàn)有330.232 nm、330.299 nm、588.995 nm、589.592 nm。結(jié)果表明當(dāng)選擇波形較好、信號(hào)強(qiáng)度高、背景低、干擾最少的766.490 nm，589.592 nm分別作為鉀和鈉的分析譜線(xiàn)為最優(yōu)工作條件。

2.2 基體效應(yīng)研究試驗(yàn)

在鐵礦石日常金屬元素含量分析過(guò)程中，樣品基體一般為鐵基，而本次布袋除塵灰和爐灰樣品組成部分含鐵差別大，因此為保證基體的一致性，則在樣品處理過(guò)程中適當(dāng)補(bǔ)充適量的鐵基，使得基體含量在同一水平內(nèi)，本實(shí)驗(yàn)考察了基體對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響，分別對(duì)樣品進(jìn)行了鐵基的研究分析。結(jié)果如表2所示。

表2 基體效應(yīng)驗(yàn)證試驗(yàn)

結(jié)果表明：布袋除塵灰樣品中鐵基占比較高，爐灰樣品中鐵基占比較低。故在測(cè)試時(shí)需要補(bǔ)充適量的純鐵使基體保持基體一致，確保結(jié)果不受影響。結(jié)果表明，隨著鐵基含量的增加，氧化鉀、氧化鈉含量測(cè)定偏低，反之對(duì)于鐵基含量低的爐灰樣品，如果測(cè)定時(shí)不加鐵基，則會(huì)出現(xiàn)氧化鉀、氧化鈉測(cè)定結(jié)果偏高。因此，在對(duì)于不同基體的布袋除塵灰和爐灰樣品進(jìn)行氧化鉀、氧化鈉含量測(cè)定時(shí)，樣品鐵基總量占比45%-65%之間時(shí)結(jié)果較為可靠。

2.3 校準(zhǔn)曲線(xiàn)和檢出限

按照最優(yōu)儀器工作條件對(duì)選定的系列標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行測(cè)定，并分別繪制氧化鉀、氧化鈉系列校準(zhǔn)曲線(xiàn)，結(jié)果表明：該系列標(biāo)準(zhǔn)溶液均在一定范圍內(nèi)與其對(duì)應(yīng)的峰面積呈線(xiàn)性關(guān)系，線(xiàn)性范圍、線(xiàn)性回歸方程和相關(guān)系數(shù)如表3所示。

表3 測(cè)試結(jié)果線(xiàn)性關(guān)系

2.4 精密度和準(zhǔn)確度實(shí)驗(yàn)

按照試驗(yàn)方法對(duì)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)W88306b和GSB 03-2853-2012中氧化鉀、氧化鈉分別平行測(cè)定11次，計(jì)算測(cè)定值的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)，結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 精密度實(shí)驗(yàn)結(jié)果(n=11)

結(jié)果表明，該方法測(cè)定氧化鉀、氧化鈉含量的相對(duì)偏差均小于1.00%，滿(mǎn)足精密度試驗(yàn)要求。

2.5 不同儀器測(cè)定結(jié)果比對(duì)

采用火焰原子吸收光譜法和等離子體原子發(fā)射光譜法對(duì)待測(cè)樣品進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果見(jiàn)表5。結(jié)果表明，本試驗(yàn)方法測(cè)試結(jié)果穩(wěn)定可靠。

表5 不同儀器方法比對(duì)結(jié)果

2.6 樣品分析

應(yīng)用本方法對(duì)布袋除塵灰樣品和爐灰樣品中氧化鉀和氧化鈉的測(cè)定結(jié)果，與火焰原子吸收法分別單個(gè)元素分別測(cè)定結(jié)果基本一致。

本試驗(yàn)采用電感耦合等離子原子發(fā)射光譜法測(cè)定布袋除塵灰和爐灰樣品中氧化鉀、氧化鈉含量，解決了基體不同的樣品同時(shí)測(cè)試，該方法具有較高的選擇性，便捷、快速、高效，可適用于布袋除塵灰和爐灰大批量樣品的日常檢測(cè)。