原子吸收光谱仪在水泥微量元素测定中的应用

关键词：水泥，原子吸收光谱仪，美析集团（www.macylab.com）

使用原子吸收光谱仪，用于测定水泥（生料、熟料）中微量元素K₂O、Na₂O、MgO、MnO的含量。原子吸收光谱法具有抗干扰能力强、准确度高、灵敏度高、分析速度快等优点。我们在使用中研究了提高分析速度和测定结果准确性的措施，对测定方法做了若干改进。本文主要介绍了在使用原子吸收光谱仪的过程中的一些体会，包括样品处理方法的改进、标准溶液配制浓度的调整、仪器分析条件的选择、仪器的维护和保养等。

1 仪器与试剂

原子吸收光谱仪；

K、Na、Mg、Mn空心阴极灯；

氯化钾(KCl)、氯化钠(NaCl)、氧化镁(MgO)光谱纯、硫酸锰(MnSO₄.H₂O)高纯；

硼酸锂（LiB₄O₇）高纯；

盐酸；

氯化锶；

氯化铯 光谱纯；

以上试剂除标明纯度的以为均为优级纯，实验用水为去离子水。

二、试验

2.1  测试工作条件如表1所示：

2.2 样品处理方法

称取水泥粉料（或生料、熟料）0.1g，精确至0.0001g，放入30mL铂坩埚中，铂坩埚事先

用HCl(1+5)及去离子水清洗干净。然后加入0.4g～0.5g硼酸锂，混匀后放入高温炉内，在950℃～980℃的温度下加热熔融5min～10min，取出放冷，用去离子水仔细冲洗铂坩埚外壁。在 铂坩埚内放入一个搅拌子，并将铂坩埚放入预先盛有150mLHCl（1+1）并预先加热至45℃的烧杯中，用磁力搅拌器搅拌溶解。待溶块全部溶解后，取出铂坩埚及搅拌子用水洗净。将溶液冷却至室温，移入250mL容量瓶中，加入5mL氯化锶（50g/L）溶液，用水稀释至标线摇匀。此溶液称为原始溶液。

2.3 测试溶液的制备

移取不同体积的2.2节制备的原始溶液，分别稀释为不同的浓度，并补充加入HCl（1+1）、

SrCl (50g/L)或CsCl (50g/L)。使测试溶液和标准曲线溶液中HCl浓度及SrCl 或CsCl的浓度保持一致。各氧化物的测试溶液制备方法如表2所示：

不加稀释的原始溶液可直接用于MnO的测定

2.4 标准工作曲线的浓度

用KCl、NaCl、MgO、MnSO₄·H₂O分别配制成0.05mg/mL的各元素氧化物标准溶液待用，然后再经过稀释配制成所需要的浓度。以K₂O为例，如取5mL0.05mg/mL的K₂O标准溶液加入到500mL容量瓶中，加入30mLHCl,10mLCsCl溶液，定容摇匀。则此溶液K₂O的浓度为0.5µg/mL,依此类推可根据需要配制成各种不同的氧化物浓度。（见表3） 

三、结果与讨论

3.1标准工作曲线浓度的选择

在应用原子吸收光谱法进行测定的过程中，发现选择一个适宜的、最佳的标准工作曲线浓度范围，对得出准确可靠的测定结果是非常关键的。选择的浓度过小，仪器在低浓度时信躁降低，有可能探测不到，达不到所需要的CV值，造成较大的误差；选择的浓度过大，必然会增加称样量来使测量值在曲线范围内，这样，其他共存离子的浓度也会相应增大，从而会对被测成分产生干扰，造成较大的误差。

选择最佳工作曲线浓度范围的原则，其一是根据样品中被测成分的大致含量，应在满足仪器分析条件的基础上尽量减少称样量；其二是要使测量值尽量处在工作曲线中部范围内。下面是同一样品不同称样量，用同样的制备方法在不同的标准工作曲线浓度范围下测定K₂O时得出的结果比较。其中浓度Ⅰ为K₂O浓度（0.0；1.0；2.0；3.0；4.0）µg/mL，称样量为0.2g；浓度Ⅱ为K₂O浓度（0.0；0.5；1.0；1.5；2.0）µg/mL，称样量为0.1g。见表4

对于Na₂O、MgO、MnO的标准工作曲线浓度，我们也进行了大量的试验，选出了如2.3节所列的工作曲线浓度。实践证明在我厂的水泥、生料、熟料的测定中是可靠的，此时基体及共存元素几乎不干扰测定，因而无需进行基体匹配，使得测定简单方便。

3.2 测试方法验证

为了验证方法的准确性，我们选择了水泥、生料、熟料标准样品进行测试，得出的结果见表5

3.3 结果计算

由于仪器测试结果为浓度值µg/mL，将浓度值换算成重量百分比按以下公式进行计算：

 X=（C×V×n×100）/1000m

式中：

X——各元素氧化物的重量百分比（%）；

C——测试浓度（µg/mL）；

V——测试溶液的体积（mL）；

n——全部试样溶液与所分取试样溶液的体积比；

m——称取试料的质量（g）。

3.4 样品处理方法的改进

最初使用原子吸收光谱仪时，由于对仪器还不十分了解，考虑到应尽量消除其它共存离子的干扰，如含量较大的SiO₂、CaO等，所以选用传统的溶样方法，即以氢氟酸、高氯酸分解样品，同时为了消除CaO的干扰，进行了基体匹配，即在标准曲线溶液中加入相同浓度的CaO，使之与被测溶液受干扰的程度相同。实际应用过程中，发现这种方法很繁琐，不好掌握，有时如样品处理不完全，会使测定结果忽高忽低，很难查找原因。而且接触氢氟酸、高氯酸这些具有强烈腐蚀性的酸，给操作者带来不安全感。

后来，我们改用硼酸锂—盐酸溶解试样的方法，这种方法操作简单、安全。而且通过长期的实践，我们发现可以通过选择一个最佳的标准工作曲线浓度范围和最佳的称样量来尽量避免其它共存离子的干扰，只需以氯化锶作为释放剂来消除铝、钛对镁的抑制干扰，以氯化铯来防止钾、钠的电离。因此这种方法非常方便可靠。

3.5 仪器维护及注意事项

当有外界灰尘、杂质粘附到燃烧器、喷雾器内时，会使显示值不可信，吸光度敏感性下降。所以要对燃烧器及其附件进行定期清洗，每次试验完毕，用布或其它遮盖物盖住燃烧器狭缝，避免灰尘落入。每次卸下燃烧器清洗完毕重新安装后都要转动燃烧器角度调节杆仔细调整燃烧器的位置使之达到最大灵敏度。喷雾器发生堵塞时，可以卸下喷雾器，用HCl(1+1)浸泡。

在进行操作时，手及所用的一切玻璃仪器、坩埚夹、称量勺等都要仔细用去离子水彻底清洗干净，因为化验室还要同时进行其它试验，任何一点儿外来的污染，都会使测定结果偏高很多，使试验功亏一篑。