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火焰光度法测定粘土中碱含量的方法及注意事项

2014-12-17赵建清王立花

佛山陶瓷 2014年11期
关键词:粘土影响因素

赵建清 王立花

摘 要:本文介绍了用火焰光度计,采用浓度直读法,以纯水为校正零点,10 μg/mL钾、钠、锂混合溶液为校准仪器的最高显示值,探讨了粘土中碱含量快速测定的方法。同时,阐述了在测定过程中的影响因素及注意事项。

关键词:粘土;碱含量;快速测定方法;火焰光度法;影响因素

1 引言

各种粘土质原料中都含有钾、钠、锂成份,不论是在生产过程中,还是在使用中,钾、钠、锂都是一种控制成分。在生产过程中,钾、钠、锂一部分高温挥发;一部分富集于煅烧系统。随着产品透锂长石含量的增加,热膨胀系数相应增大。因此,了解原料中钾、钠、锂的含量,具有重要的意义。

目前,按照分析方法标准,测定均采用火焰光度法。因为此方法具有操作简便、速度快、测定结果准确,并适用于大批试样的分析等优点。所以,本文仅介绍火焰光度法的测定方法及注意事项。

2 火焰光度法测定的原理

火焰光度法是用火焰激发被测元素,并以光电系统测量被测元素产生的谱线强度的一种分析方法。试样经氢氟酸-硫酸处理除去硅,用热水浸取残渣,以氨水和碳酸铵分离试样中的铁、铝、钙、镁等成份。而滤液中的钾、钠、锂成份采用火焰光度计进行测定。

3 仪器使用及方法

3.1 仪器的测定方法及存在问题

目前,测定钾、钠、锂成份使用的仪器是FD-650型火焰光度计,大体上由光源(燃烧系统)、单色器(色散系统)和检测器三部分组成。仪器构造分燃烧系统、色散系统和检测系统三部分。燃烧系统由喷雾器、燃烧灯、燃料气体(汽油、煤气、液化气-空气,火焰温度约1800 ℃,目前我们采用罐装液化气)和助燃气体(压缩空气)。将制备好的试样溶液经负压吸入雾化器,形成细雾状,在火焰中充分燃烧,能级跃迁发射具有特征波长的谱线;色散系统是通过滤光片将火焰中的复合光分离出钾、钠、锂的特征波长的谱线;检测系统是用光电池或光电管接受发射光谱的光强,将其转换为光电流。光电流的大小取决于谱线的强度,而谱线的强度直接与试样溶液中被测元素的浓度有关,在一定范围内有一种简单的函数关系,通过绘制标准曲线,可以对未知样品进行定量测定。

3.2 火焰光度法所存在的问题

火焰光度法虽然灵敏度高,仪器分析过程快捷,但在实际操作中,也存在很多的缺点,主要表现为以下几个方面:

(1) 试样溶液制备时间较长:为了得到与标准样品基本相同的基体溶液,需要进行5~6 h的准备时间。虽然仪器分析过程较快,但整个试样测定过程需要7~8 h。

(2) 每次测定需要绘制标准曲线做参照。

(3) 按测定标准要求,需用铂坩埚制备试样,材料成本较高。

(4) 由于测定过程长,制样步骤多,测定结果准确性的影响因素较多,系统误差较大。

3.3 测定方法与改进

众所周知,任何定量分析仪器都与化学分析方法不同,都需要有一系列参照值,做为准确度验证的基础,没有一台仪器在没有准确参照值的情况下会准确测出某物质的含量,火焰光度法测定也不例外。在原方法中,先配制一系列待测元素的标准比对溶液,其浓度范围一般为0~100 ppm;然后用火焰光度计分别测定每一溶液中待测元素的辐射强度,并以检流计读数与对应的浓度绘制成工作曲线。分析未知含量的试样时,首先将试样处理成溶液;然后按绘制工作曲线时的测定条件测出试样溶液的读数,再从工作曲线上查得相应的浓度,并算出被测元素的百分含量。

在日常工作中,我们发现,在测钾、钠、锂含量较低的被测样品时,其示值较为稳定,线性关系好。但含量较高的粘土质样品,发射强度大,火焰很不稳定,示值变动性较大,测定误差大,线性关系不好,其直线关系只在含量较小的范围内。以氯化钾、氯化钠为测量因子,浓度在0~10 μg/mL之间,仪器线性关系较好。因此,笔者采用了浓度直读法,可使测定区间限定在一定的范围内,取消了0~100 μg/mL标准曲线的绘制工序,每次可缩短1~2 h的时间。在仪器上直接将蒸馏水测定值作为校准仪器零点,以含氯化钾和氯化钠分别为10 μg/mL的混合溶液校准仪器的最高显示值,来作工作曲线。

采用以上方法进行测定,由于0~10 μg/mL的浓度区间较小,在测样品含量时,读数常在曲线上部或超出示值范围。为了解决这一问题,笔者将试样溶液制好后,稀释10倍后再进行吸样测定,有效地使示值显示在曲线的中下部,保证了读数的准确性。

此外,测定钾、钠、锂要用铂坩埚进行试样分解,由于铂器皿十分贵重,样品多时,日常管理较难,成本也很大。因此,笔者采用价格比较低廉的聚氟四乙烯器皿,且能保持较好的准确性,代替了昂贵的铂器皿。减少了贵金属的使用率,降低了分析成本。

4 火焰光度法的操作步骤

称取试样0.0500 g(根据试样中碱含量的多少确定),精确至0.0001 g,置于聚氟四乙烯器皿中;加少量水润湿,以及加入10 mL氢氟酸和20滴硫酸(1+1);放入通风橱内电热板上缓慢加热,蒸发至干,近干时摇动器皿以防溅失;至白色浓烟完全逸尽后,取下冷却至室温;加入15~20 mL热水,压碎残渣使其溶解,加一滴甲基红指示剂溶液,用氨水(1+1)中和至黄色;再加入10 mL 碳酸铵溶液,进行搅拌;然后放入通风橱内电热板上低温加热30~40 min。用快速滤纸过滤,以热水洗涤,滤液及洗液盛于250 mL容量瓶中,冷却至室温。用盐酸(1+1)中和至溶液呈微红色,用水稀释至标线,摇匀。在此期间打开火焰光度计进行预热,调节至最佳工作状态,按仪器使用规程进行测定。在工作曲线上分别查出每100 mL 试验溶液中氧化钾、氧化钠、氧化锂的质量。再根据计算公式进行计算。

5 影响火焰光度法准确度的因素

5.1 仪器激发情况不稳定

(1) 仪器要经过充分的预热(开机20~30 min)方可点火,预热时间不够,影响读数的重现性。

(2) 调节燃气阀使火焰形成30~60 mm的锥形火焰,底部稍带弯曲的火焰形成稳定状态。燃气流量过大,仪器稳定性和线性响应变差,过小则容易熄火。因此,调节应兼顾灵敏度、稳定性及线性的响应。

(3) 吸样量的大小对实验结果也产生较大影响,吸液量过小,造成结果偏低;吸液量过大,雾化效果差,结果不准确。因此,检查吸液量应为每分钟控制在2~3 mL之间。

(4) 用去离子水校零后,用10 ug/mL标准溶液确定高标,使仪器钾、钠、锂通道示值均显示10.0,则说明曲线已建好。曲线建好后用去离子水和标准溶液分别监测仪器的示值的重复性,观察吸入去离子水能否回零、吸10 ug/mL的标准溶液能否达到10.0,一般监测3次,示值在±0.2范围内波动,即可使用。

5.2 试样制备的影响

(1) 为了使仪器测定时数值显示在曲线中下部位,根据钾、钠、锂含量的经验值,确定称样量。样品溶液制备好后进行二次稀释,稀释倍数为5~10倍。

(2) 同一次测定使用同一批分析药品,使用同一容器中的去离子水,因为不同批次的药品和杂质含量不同,会对分析结果产生一定的影响。

(3) 为了消除试剂中钾、钠、锂离子的影响,每批次测定时都要做空白试验,计算时减去空白值后代入公式计算。

(4) 在用氨水和碳酸铵分离铁时,配置的碳酸铵时间过长会影响钙、镁含量,致使结果偏高,所以碳酸铵要现用现配。

(5) 做到三个确保:确保分解时白烟充分冒尽方可进入下一步骤,否则结果偏高;确保试样制备时加热过程中没有液体溅出,以及溶液在转移时没有损失,否则结果偏低;确保深沉分离后过滤洗涤充分,不然沉淀包裹滤液结果偏低。

6 结论

采用火焰光度法测定粘土碱含量是目前比较常用的方法之一,其具有快速、准确、稳定、可靠等优点。并且可操作性强,适用于生产例行控制。

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