曹 蓉 朱江麗 夏向偉

（1.中鋼集團(tuán)馬鞍山礦山研究總院股份有限公司；2.金屬礦山安全與健康國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；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；4.國(guó)家冶金工業(yè)鐵精礦質(zhì)量監(jiān)督檢測(cè)中心）

高性能空心玻璃微珠是一種中空的多功能無(wú)機(jī)材料。外觀為純白色粉體，顯微鏡下為具有銀白色光澤的空心正球體，球體內(nèi)為稀薄氣體。經(jīng)過(guò)特殊處理后，其具有親油、憎水性能，非常容易分散于樹(shù)脂等有機(jī)材料中，在其表面包覆一層特殊功能材料形成核-殼空心結(jié)構(gòu)，能夠得到具有特殊性能（吸波、阻燃、吸附、反光等）的新材料，同時(shí)因其具有規(guī)則球形結(jié)構(gòu)、薄壁中空、強(qiáng)度高、粒徑小等優(yōu)點(diǎn)，在石油開(kāi)采、航空航天、軌道交通、汽車(chē)輪船、建筑節(jié)能材料以及膠黏劑、樹(shù)脂等復(fù)合材料領(lǐng)域具有非常廣闊的應(yīng)用前景，被譽(yù)為“時(shí)代空間材料”［1-3］。

空心玻璃微珠的成分為堿硼硅酸鹽玻璃，其主要組成是二氧化硅，并含有一定的堿金屬氧化物，堿土金屬氧化物，三氧化二硼等［4］?？招牟Ａ⒅橹懈鞒煞趾康呐浔仍谝欢ǔ潭壬蠜Q定了玻璃骨架結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，進(jìn)而影響到空心玻璃微珠的抗壓強(qiáng)度和性能，空心玻璃微珠中金屬元素成分含量的測(cè)定成為空心玻璃微珠性能研究的重要項(xiàng)目。

目前，空心玻璃微珠成分含量的測(cè)定尚無(wú)標(biāo)準(zhǔn)方法。由于其特殊的堿硼硅酸鹽玻璃組成，樣品前處理過(guò)程難度較大，難以保證樣品完全溶解且有效成分不受損失，各類分析方法操作繁瑣，周期較長(zhǎng)，引入誤差較大，精密度不高。發(fā)射光譜法分析速度快，線性范圍寬、準(zhǔn)確度高等特點(diǎn)［5-6］，已在檢測(cè)領(lǐng)域獲得非常廣泛和深入的應(yīng)用［7-10］。本文采用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀（ICP-OES 法）測(cè)定空心玻璃微珠的金屬元素成分含量，以期為空心玻璃微珠的檢測(cè)提供新方法。

1 試驗(yàn)方法

電感耦合等離子體發(fā)射光譜法是以等離子體為光源的原子發(fā)射光譜分析方法，可同時(shí)進(jìn)行多元素的定性和定量分析。樣品由載氣（氬氣）引入霧化系統(tǒng)進(jìn)行霧化后，以氣溶膠形式進(jìn)入等離子體的中心通道，在高溫和惰性氣氛中被充分蒸發(fā)、原子化、電離和激發(fā)，利用各元素的原子或離子從激發(fā)態(tài)返回基態(tài)時(shí)發(fā)射出的特征譜線對(duì)樣品進(jìn)行定性分析，通過(guò)測(cè)定特征譜線的強(qiáng)度對(duì)樣品中相應(yīng)元素的含量進(jìn)行定量分析。該檢測(cè)方法具有靈敏度高，譜線干擾少，動(dòng)態(tài)線性范圍寬，精密度高，分析速度快，且操作簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)。目前，該方法已被廣泛應(yīng)用于冶金、鑄造、地質(zhì)、陶瓷、土壤、水、食品、藥品等領(lǐng)域。

1.1 試驗(yàn)儀器、試劑

采用的分析儀器包括電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀、電子天平、電熱鼓風(fēng)干燥箱、防腐電加熱板等。試劑有鹽酸、氫氟酸、硝酸、高氯酸、甘露醇等，選擇的空心玻璃微珠為市售高性能空心玻璃微珠產(chǎn)品。

1.2 設(shè)定前處理方法

準(zhǔn)確稱取0.500 0 g的空心玻璃微珠試樣，置于聚四氟乙烯坩堝中，加入少量去離子水潤(rùn)濕。在坩堝中加入混酸和0.5%的甘露醇溶液，置于電熱板上加熱消解。消解完全后蒸至近干，將試樣冷卻至室溫，再加入1 mL 硝酸重新溶解試樣，并加入去離子水轉(zhuǎn)移至50 mL容量瓶中定容。

試驗(yàn)采用酸溶法，對(duì)比了4組條件下混酸的不同配比對(duì)結(jié)果的影響，結(jié)果如表1所示。

根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，前處理過(guò)程中混酸不同的配比對(duì)于消解效果有著不同程度的影響，綜合考慮選擇硫酸∶硝酸∶氫氟酸=3∶3∶4 時(shí)可以獲得較為良好的消解效果。

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1.3 確認(rèn)ICP-OES工作參數(shù)

通過(guò)優(yōu)化射頻發(fā)射器功率；載氣流量（霧化器氣體流量、等離子體氣體流量、輔助氣體流量等）等工作參數(shù)，使得儀器處在最佳的測(cè)試條件中，優(yōu)化后的儀器工作條件如表2所示。在該條件下，儀器設(shè)備的靈敏度高，背景值較低，穩(wěn)定性較好，信噪比大，可較好地完成樣品中各元素含量的測(cè)定。

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對(duì)空心玻璃微珠金屬元素進(jìn)行ICP-OES 測(cè)定的時(shí)候，儀器會(huì)自動(dòng)推薦各元素的分析譜線，此時(shí)應(yīng)充分考慮譜線的峰形和信號(hào)進(jìn)行選擇，并盡可能消除存在的干擾因素。各元素分析譜線如表3所示。

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2 試驗(yàn)結(jié)果

2.1 精密度試驗(yàn)

對(duì)同一樣品在相同條件下進(jìn)行多次測(cè)定，通過(guò)結(jié)果的接近程度（以相對(duì)偏差RSD 表示）測(cè)定精密度，考察方法的穩(wěn)定性和重復(fù)性。精密度越高，測(cè)量值越接近。準(zhǔn)確稱取同一樣品的7個(gè)平行樣，在上述儀器條件下進(jìn)行平行測(cè)定，計(jì)算平均值和RSD。不同樣品7次平行測(cè)定結(jié)果如表4所示。

經(jīng)計(jì)算，不同配方下的同一樣品的7 個(gè)平行樣，不同元素結(jié)果RSD＜3%，說(shuō)明該方法精密度較好，結(jié)果穩(wěn)定性高、重復(fù)性強(qiáng)。

2.2 加標(biāo)回收試驗(yàn)

因無(wú)有證標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，對(duì)樣品進(jìn)行加標(biāo)回收試驗(yàn)時(shí)，通過(guò)回收率測(cè)量值與真實(shí)值的接近程度來(lái)判斷該方法的系統(tǒng)誤差和準(zhǔn)確性?；厥章试浇咏?00%，系統(tǒng)誤差越小，準(zhǔn)確性越高。本試驗(yàn)的加標(biāo)量分別為原樣品的0.5，1，1.5倍，回收率結(jié)果見(jiàn)表5。

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經(jīng)計(jì)算，不同配方下加標(biāo)回收率為90%～109%，數(shù)據(jù)顯示，該方法系統(tǒng)誤差小，準(zhǔn)確性高。

2.3 檢出限

檢出限試驗(yàn)用來(lái)測(cè)定最小濃度，拉埃確定出檢測(cè)方法的靈敏度。本試驗(yàn)按照分析方法流程制備11份空白溶液，測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表6。

經(jīng)計(jì)算得到Na、Mg、Ca 方法檢出限分別為0.002 5%，0.001 3%，0.001 8%，說(shuō)明該方法檢出限低，靈敏度好。

通過(guò)上述試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，使用ICP-OES 法樣品消解速度快、結(jié)果穩(wěn)定性強(qiáng)、重現(xiàn)性高、精密度和準(zhǔn)確度良好、檢出限低，說(shuō)明該方法具有可行性，可推廣使用。

3 結(jié) 論

目前，隨著軌道交通、重卡、汽車(chē)等領(lǐng)域輕量化及節(jié)能減排需求的不斷增加，空心玻璃微珠應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓寬，其性能要求也越來(lái)越苛刻，對(duì)于空心玻璃微珠成分測(cè)定的要求也不斷提高。綜上所述，目前開(kāi)展的空心玻璃微珠成分含量測(cè)定方法研究，對(duì)于提高檢測(cè)的精密度和準(zhǔn)確度具有必要性，該電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀（ICP-OES 法）測(cè)定空心玻璃微珠中成分元素含量的方法，對(duì)前處理方法進(jìn)行了優(yōu)化，選擇了最佳的儀器工作條件，方法精密度和準(zhǔn)確度良好，檢出限低。樣品7 次測(cè)定結(jié)果RSD＜3%，加標(biāo)回收率在90%～109%，可實(shí)際應(yīng)用于空心玻璃微珠樣品中成分含量的測(cè)定。

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