火焰原子吸收分光光度计法测定水泥中的Ca、Mg、Fe、K、Na

火焰原子吸收分光光度计法测定水泥中的Ca、Mg、Fe、K、Na

引言
Ca、Mg、Fe、K、Na的含量是水泥的重要指标，其化学成分分析一般都采用容量分析法和分光光度法相结合。由于其操作复杂，手续繁琐，分析速度慢，已满足不了工业生产的需要。近年来，随着仪器分析的飞速发展，出现了原子吸收光谱分析、等离子发射光谱分析、X射 线荧光光谱分析等新型分析方法。由于原子吸收光谱仪具有结构简单，操作方便，分析速度快，抗干扰能力强，测试数据准确，又不十分昂贵等特点，而倍受人们的 重视和青睐。本文在介绍一种快速处理样品的方法的同时，着重介绍通过选择分析谱线，用火焰原子吸收法测定水泥及其生、熟料中的Ca、Mg、Fe、K、Na。无需添加任何基体改进剂或进行基体匹配，便可进行无干扰测试，方法简单、快速，结果令人满意。
2 实验部分
2.1 仪器与试剂
 PF200型原子吸收光谱仪(澳大利亚瓦里安公司)。
Ca、Mg、Fe、K、Na标准溶液，浓度均为1mg/ml；
HF、HClO4、HCl均为优级纯；
试验用水为蒸馏水。
2.2 测试工作条件
测试工作条件见表1。
表1 各元素的测定工作条件

    火焰：空气－乙炔；测定时间：1.5s。

2.3 样品处理方法
准确称取水泥粉料(包括生、熟料)0.35～0.4g，放入铂金坩埚或聚四氟乙烯坩埚，加入20ml水和2.5ml浓盐酸，用玻璃棒将结块辗散，将坩埚放在110V左右低温电炉上加热10min，用移液管将澄清液移至50ml容量瓶中，然后向坩埚底部的沉淀物加入2ml HF，4～6滴HClO4，继续加热至白烟冒尽，稍冷，加入4滴HCl(1:1)和少许水，加热至溶液澄清，将溶液并入50ml容量瓶(注：如果沉淀物很少，可以省略这些步骤)，用水多次冲洗坩埚，*后定容至50ml，此溶液称为“原始溶液”。
2.4 标准工作曲线绘制
将浓度为1mg/ml的Ca、Mg、Fe、K、Na标准溶液用蒸馏水稀释，配制成各元素的标准工作曲线浓度系列，具体浓度见表2，以浓度─吸光度绘制标准工作曲线。
表2 各元素标准工作曲线浓度

2.5 样品测试溶液的制备
将原始溶液稀释10倍，其溶液用于测定Fe、K、Na；将其稀释40倍，用于测定Mg；将其稀释200倍，用于测定Ca。
3 结果与讨论
3.1 分析谱线的选择
选择分析谱线的原则一般有3条：其一是选择性好，抗干扰能力强，即用所选谱线测定样品时，不出现干扰或干扰比较小。其二是谱线的*佳工作范围接近测定值，以避免大倍数稀释样品或仪器探测不到。其三是线性范围比较广，以利于准确测定。根据这些要求，我们通过实验研究，综合分析后确定采用λCa＝422.7nm、λMg＝202.5nm、λFe＝372.onm、λK＝769.9nm、λNa＝589.6nm为测试分析谱线。
3.2 干扰及其消除
选用这些分析谱线进行测试，为了测试其干扰程度，我们做了回收试验。发现将原始溶液稀释10倍，其溶液用来测定Fe、K、Na，回收率在96.5%～102.0%之间，可以说在此溶液中，Fe、K、Na基本不受干扰。将原始溶液稀释40倍，测定Mg。将原始溶液稀释200倍，测定Ca。测试结果表明，此时基体及共存元素几乎不干扰测定，回收率在95.6%～103.8%之间，因而无需添加基本改进剂或进行基体匹配，使得测定简单、方便。
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须按以下公式进行计算：

式中：R──各元素氧化物的重量百分比，%；
C──各元素的测试浓度值，μg/ml；
V──定容体积，ml；
G──样品重量，g；
M──各元素与氧化物之间的换算系数。
3.4 测试方法的验证
为了验证方法的准确性，我们选择了水泥生料、普通水泥两种标准样品进行测试，这两种样品从性质到成分都相差很大，为了方便比较，我们将样品标准值及测定结果列于表3。在测试过程中，如果样品浓度超过标准工作曲线，应将样品稀释至曲线工作范围内。
表3 样品的标准值和测定结果(%)

将表3的两组数据值进行比较可以看出，样品的测定值与标准值基本吻合，误差很小，且基本上在标准值的允许误差的范围内。
3.5 样品处理方法的改进
水泥样品处理方法一般有碱溶法和酸溶法两种，但这两类处理方法都有明显的不足。碱溶法主要表现为处理时间长，基体复杂，操作繁琐；酸溶法则表现为适用范围窄，如HCl法不能用于生料或某些水泥，HF─H2SO4法不能用于Ca、Mg的测定。而本文提出的样品处理方法具有简便，快速，基体少，适用范围广等优点，适用于除Si以外的多种元素的生产控制元素分析，尤其是用于仪器分析。
3.6 注意事项
在测定Ca、Mg时，应仔细调整燃烧头高度及空气─乙炔的比例，使得Ca、Mg的测试信号达到*大。