趙建清　王立花

摘 要：本文介紹了用火焰光度計(jì)，采用濃度直讀法，以純水為校正零點(diǎn)，10 μg/mL鉀、鈉、鋰混合溶液為校準(zhǔn)儀器的最高顯示值，探討了粘土中堿含量快速測定的方法。同時(shí)，闡述了在測定過程中的影響因素及注意事項(xiàng)。

關(guān)鍵詞：粘土；堿含量；快速測定方法；火焰光度法；影響因素

1 引言

各種粘土質(zhì)原料中都含有鉀、鈉、鋰成份，不論是在生產(chǎn)過程中，還是在使用中，鉀、鈉、鋰都是一種控制成分。在生產(chǎn)過程中，鉀、鈉、鋰一部分高溫?fù)]發(fā)；一部分富集于煅燒系統(tǒng)。隨著產(chǎn)品透鋰長石含量的增加，熱膨脹系數(shù)相應(yīng)增大。因此，了解原料中鉀、鈉、鋰的含量，具有重要的意義。

目前，按照分析方法標(biāo)準(zhǔn)，測定均采用火焰光度法。因?yàn)榇朔椒ň哂胁僮骱啽恪⑺俣瓤?、測定結(jié)果準(zhǔn)確，并適用于大批試樣的分析等優(yōu)點(diǎn)。所以，本文僅介紹火焰光度法的測定方法及注意事項(xiàng)。

2 火焰光度法測定的原理

火焰光度法是用火焰激發(fā)被測元素，并以光電系統(tǒng)測量被測元素產(chǎn)生的譜線強(qiáng)度的一種分析方法。試樣經(jīng)氫氟酸-硫酸處理除去硅，用熱水浸取殘?jiān)?，以氨水和碳酸銨分離試樣中的鐵、鋁、鈣、鎂等成份。而濾液中的鉀、鈉、鋰成份采用火焰光度計(jì)進(jìn)行測定。

3 儀器使用及方法

3.1 儀器的測定方法及存在問題

目前，測定鉀、鈉、鋰成份使用的儀器是FD-650型火焰光度計(jì)，大體上由光源（燃燒系統(tǒng)）、單色器（色散系統(tǒng)）和檢測器三部分組成。儀器構(gòu)造分燃燒系統(tǒng)、色散系統(tǒng)和檢測系統(tǒng)三部分。燃燒系統(tǒng)由噴霧器、燃燒燈、燃料氣體（汽油、煤氣、液化氣-空氣，火焰溫度約1800 ℃，目前我們采用罐裝液化氣）和助燃?xì)怏w（壓縮空氣）。將制備好的試樣溶液經(jīng)負(fù)壓吸入霧化器，形成細(xì)霧狀，在火焰中充分燃燒，能級(jí)躍遷發(fā)射具有特征波長的譜線；色散系統(tǒng)是通過濾光片將火焰中的復(fù)合光分離出鉀、鈉、鋰的特征波長的譜線；檢測系統(tǒng)是用光電池或光電管接受發(fā)射光譜的光強(qiáng)，將其轉(zhuǎn)換為光電流。光電流的大小取決于譜線的強(qiáng)度，而譜線的強(qiáng)度直接與試樣溶液中被測元素的濃度有關(guān)，在一定范圍內(nèi)有一種簡單的函數(shù)關(guān)系，通過繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，可以對未知樣品進(jìn)行定量測定。

3.2 火焰光度法所存在的問題

火焰光度法雖然靈敏度高，儀器分析過程快捷，但在實(shí)際操作中，也存在很多的缺點(diǎn)，主要表現(xiàn)為以下幾個(gè)方面：

（1） 試樣溶液制備時(shí)間較長：為了得到與標(biāo)準(zhǔn)樣品基本相同的基體溶液，需要進(jìn)行5～6 h的準(zhǔn)備時(shí)間。雖然儀器分析過程較快，但整個(gè)試樣測定過程需要7～8 h。

（2） 每次測定需要繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線做參照。

（3） 按測定標(biāo)準(zhǔn)要求，需用鉑坩堝制備試樣，材料成本較高。

（4） 由于測定過程長，制樣步驟多，測定結(jié)果準(zhǔn)確性的影響因素較多，系統(tǒng)誤差較大。

3.3 測定方法與改進(jìn)

眾所周知，任何定量分析儀器都與化學(xué)分析方法不同，都需要有一系列參照值，做為準(zhǔn)確度驗(yàn)證的基礎(chǔ)，沒有一臺(tái)儀器在沒有準(zhǔn)確參照值的情況下會(huì)準(zhǔn)確測出某物質(zhì)的含量，火焰光度法測定也不例外。在原方法中，先配制一系列待測元素的標(biāo)準(zhǔn)比對溶液，其濃度范圍一般為0～100 ppm；然后用火焰光度計(jì)分別測定每一溶液中待測元素的輻射強(qiáng)度，并以檢流計(jì)讀數(shù)與對應(yīng)的濃度繪制成工作曲線。分析未知含量的試樣時(shí)，首先將試樣處理成溶液；然后按繪制工作曲線時(shí)的測定條件測出試樣溶液的讀數(shù)，再從工作曲線上查得相應(yīng)的濃度，并算出被測元素的百分含量。

在日常工作中，我們發(fā)現(xiàn)，在測鉀、鈉、鋰含量較低的被測樣品時(shí)，其示值較為穩(wěn)定，線性關(guān)系好。但含量較高的粘土質(zhì)樣品，發(fā)射強(qiáng)度大，火焰很不穩(wěn)定，示值變動(dòng)性較大，測定誤差大，線性關(guān)系不好，其直線關(guān)系只在含量較小的范圍內(nèi)。以氯化鉀、氯化鈉為測量因子，濃度在0～10 μg/mL之間，儀器線性關(guān)系較好。因此，筆者采用了濃度直讀法，可使測定區(qū)間限定在一定的范圍內(nèi)，取消了0～100 μg/mL標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制工序，每次可縮短1～2 h的時(shí)間。在儀器上直接將蒸餾水測定值作為校準(zhǔn)儀器零點(diǎn)，以含氯化鉀和氯化鈉分別為10 μg/mL的混合溶液校準(zhǔn)儀器的最高顯示值，來作工作曲線。

采用以上方法進(jìn)行測定，由于0～10 μg/mL的濃度區(qū)間較小，在測樣品含量時(shí)，讀數(shù)常在曲線上部或超出示值范圍。為了解決這一問題，筆者將試樣溶液制好后，稀釋10倍后再進(jìn)行吸樣測定，有效地使示值顯示在曲線的中下部，保證了讀數(shù)的準(zhǔn)確性。

此外，測定鉀、鈉、鋰要用鉑坩堝進(jìn)行試樣分解，由于鉑器皿十分貴重，樣品多時(shí)，日常管理較難，成本也很大。因此，筆者采用價(jià)格比較低廉的聚氟四乙烯器皿，且能保持較好的準(zhǔn)確性，代替了昂貴的鉑器皿。減少了貴金屬的使用率，降低了分析成本。

4 火焰光度法的操作步驟

稱取試樣0.0500 g（根據(jù)試樣中堿含量的多少確定），精確至0.0001 g，置于聚氟四乙烯器皿中；加少量水潤濕，以及加入10 mL氫氟酸和20滴硫酸（1+1）；放入通風(fēng)櫥內(nèi)電熱板上緩慢加熱，蒸發(fā)至干，近干時(shí)搖動(dòng)器皿以防濺失；至白色濃煙完全逸盡后，取下冷卻至室溫；加入15～20 mL熱水，壓碎殘?jiān)蛊淙芙?，加一滴甲基紅指示劑溶液，用氨水（1+1）中和至黃色；再加入10 mL 碳酸銨溶液，進(jìn)行攪拌；然后放入通風(fēng)櫥內(nèi)電熱板上低溫加熱30～40 min。用快速濾紙過濾，以熱水洗滌，濾液及洗液盛于250 mL容量瓶中，冷卻至室溫。用鹽酸（1+1）中和至溶液呈微紅色，用水稀釋至標(biāo)線，搖勻。在此期間打開火焰光度計(jì)進(jìn)行預(yù)熱，調(diào)節(jié)至最佳工作狀態(tài)，按儀器使用規(guī)程進(jìn)行測定。在工作曲線上分別查出每100 mL 試驗(yàn)溶液中氧化鉀、氧化鈉、氧化鋰的質(zhì)量。再根據(jù)計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算。

5 影響火焰光度法準(zhǔn)確度的因素

5.1 儀器激發(fā)情況不穩(wěn)定

（1） 儀器要經(jīng)過充分的預(yù)熱（開機(jī)20～30 min）方可點(diǎn)火，預(yù)熱時(shí)間不夠，影響讀數(shù)的重現(xiàn)性。

（2） 調(diào)節(jié)燃?xì)忾y使火焰形成30～60 mm的錐形火焰，底部稍帶彎曲的火焰形成穩(wěn)定狀態(tài)。燃?xì)饬髁窟^大，儀器穩(wěn)定性和線性響應(yīng)變差，過小則容易熄火。因此，調(diào)節(jié)應(yīng)兼顧靈敏度、穩(wěn)定性及線性的響應(yīng)。

（3） 吸樣量的大小對實(shí)驗(yàn)結(jié)果也產(chǎn)生較大影響，吸液量過小，造成結(jié)果偏低；吸液量過大，霧化效果差，結(jié)果不準(zhǔn)確。因此，檢查吸液量應(yīng)為每分鐘控制在2～3 mL之間。

（4） 用去離子水校零后，用10 ug/mL標(biāo)準(zhǔn)溶液確定高標(biāo)，使儀器鉀、鈉、鋰通道示值均顯示10.0，則說明曲線已建好。曲線建好后用去離子水和標(biāo)準(zhǔn)溶液分別監(jiān)測儀器的示值的重復(fù)性，觀察吸入去離子水能否回零、吸10 ug/mL的標(biāo)準(zhǔn)溶液能否達(dá)到10.0，一般監(jiān)測3次，示值在±0.2范圍內(nèi)波動(dòng)，即可使用。

5.2 試樣制備的影響

（1） 為了使儀器測定時(shí)數(shù)值顯示在曲線中下部位，根據(jù)鉀、鈉、鋰含量的經(jīng)驗(yàn)值，確定稱樣量。樣品溶液制備好后進(jìn)行二次稀釋，稀釋倍數(shù)為5～10倍。

（2） 同一次測定使用同一批分析藥品，使用同一容器中的去離子水，因?yàn)椴煌蔚乃幤泛碗s質(zhì)含量不同，會(huì)對分析結(jié)果產(chǎn)生一定的影響。

（3） 為了消除試劑中鉀、鈉、鋰離子的影響，每批次測定時(shí)都要做空白試驗(yàn)，計(jì)算時(shí)減去空白值后代入公式計(jì)算。

（4） 在用氨水和碳酸銨分離鐵時(shí)，配置的碳酸銨時(shí)間過長會(huì)影響鈣、鎂含量，致使結(jié)果偏高，所以碳酸銨要現(xiàn)用現(xiàn)配。

（5） 做到三個(gè)確保：確保分解時(shí)白煙充分冒盡方可進(jìn)入下一步驟，否則結(jié)果偏高；確保試樣制備時(shí)加熱過程中沒有液體濺出，以及溶液在轉(zhuǎn)移時(shí)沒有損失，否則結(jié)果偏低；確保深沉分離后過濾洗滌充分，不然沉淀包裹濾液結(jié)果偏低。

6 結(jié)論

采用火焰光度法測定粘土堿含量是目前比較常用的方法之一，其具有快速、準(zhǔn)確、穩(wěn)定、可靠等優(yōu)點(diǎn)。并且可操作性強(qiáng)，適用于生產(chǎn)例行控制。