全谱直流电弧发射光谱法同时测定钛白粉中13种杂质元素.pdf

2023 年第 4 期16No.4 Jul.2023分析仪器Analytical Instrumentation全谱直流电弧发射光谱法同时测定钛白粉中13种杂质元素（北京北分瑞利分析仪器（集团）有限责任公司，北京市物质成分分析仪器工程技术研究中心，北京 100095)曲红静 吴冬梅 赵燕秋摘 要：为了解决钛白粉中杂质元素快速测定的问题，研究了全谱直流电弧发射光谱法同时测定钛白粉中Al、Bi、Co、Cr、Cu、Fe、Mn、Mo、Ni、Pb、Sb、Si、Sn等13种元素的方法。从样品前处理、光谱缓冲剂比例等方法面优化实验条件，在选定的工作条件下，各元素检出限均小于1g/g，样品加标回收率在83%125%之间，各元素分析RSD均小于15%。关键词：电弧发射光谱法 钛白粉 杂质元素 光谱缓冲剂DOI:10.3969/j.issn.1001232x.2023.04.004Simultaneous determination of 13 impurity elements in Titanium dioxide by full spectrum DC Arc emission spectrometry.Qu Hongjing,Wu Dongmei,Zhao Yanqiu(Beijing Beifen Rayleigh Analytical Instruments(Group)Co.,Ltd.,Beijing Material Component Analysis Instrument Engineering Research Center,Beijing Enterprise Technology Center,Beijing 100095,China)Abstract:The 13 elements such as Al,Bi,Co,Cr,Cu,Fe,Mn,Mo,Ni,Pb,Sb,Si,Sn in Titanium dioxide were studied.The experimental conditions were optimized from sample pretreatment and proportion of spectral buffer.Under the selected working conditions,the detection limit of each element was less than 1 g/g,the recoveries of standard addition of sample was between 83%and 125%,and the RSD of each element was less than 15%.Key words:Arc emission spectrometry;Titanium dioxide;Impurity elements;Spectral buffer仪器应用钛白粉（二氧化钛）是一种重要的白色颜料，其化学性质稳定，在一般情况下与大部分物质不发生化学反应。与其他白色颜料相比，钛白粉有优越的白度、着色力、遮盖力、耐候性、耐热性和化学稳定性，特别是没有毒性，被认为是世界上性能最好的一种白色颜料，广泛应用于涂料、塑料、造纸、印刷、化纤、橡胶、化妆品等行业1。而钛白粉中杂质元素含量直接影响其产品质量，因此对钛白粉中的杂质元素进行检测具有非常重要的意义。目前常用的分析方法有分光光度法2、原子吸收法3、电感耦合等离子体原子发射光谱法（ICP-AES）4、电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)5、摄谱法6等。分光光度法、原子吸收法、ICP-AES法和ICP-MS法都需要将样品溶解后测定，以电弧为激发光源的摄谱法虽然可对粉末样品直接进行分析，但是数据获取过程比较繁琐，需要经过摄谱、显影、定影、冲洗、晾干、黑度测量等步骤，测定结果受多种因素的影响。本实验采用全谱直流电弧发射光谱法同时测定2023 年第 4 期17No.4 Jul.2023分析仪器Analytical Instrumentation钛白粉中Al、Bi、Co、Cr、Cu、Fe、Mn、Mo、Ni、Pb、Sb、Si、Sn等13种杂质元素，该方法无需样品溶解，激发完成后即可获得样品测试结果，方法简单，快速。在选定的试验条件下，分析结果的精密度和准确度较好，能够满足钛白粉中杂质元素检测的需要。1 实验部分1.1 主要仪器及试剂AES-8000全谱交直流电弧发射光谱仪（北京北分瑞利分析仪器（集团）有限责任公司）。Al2O3、BiO3、Co3O4、CuO、Cr2O3、Fe2O3、MnO2、MoO3、NiO、PbO、Sb2O3、SiO2、SnO2和石墨粉均为光谱纯。TiO2质量分数99.995%。1.2 主要试验条件及工作参数上下电极：选择直径为6mm的光谱纯石墨电极，上电极顶端为2mm的截锥型，下电极（样品极）为细颈杯状，孔径3.8 mm，孔深 4 mm，壁厚 0.6 mm，细颈长 4 mm。光源：直流阳极激发，电流5A起弧，5s后自动升至14A，激发50秒；光阑：3.2mm；电极间距：3mm。1.3 标准样品配制在二氧化钛基体中，依据各测定元素氧化物中测定元素的质量分数计算加入量，并根据计算量加入各测定元素的氧化物，研磨均匀，配制成各测定元素的主标样，再用二氧化钛基体从高到低逐步稀释成各标准系列，主标样及各标准点杂质含量见表1。表1 标准样品含量表g/g标准号12345主标样Al、Cu、Pb、Sn、Sb41030902702700Bi2515451351350Co、Cr、Fe、Mn、Mo、Ni、Si12309027081081001.4 试验方法1.4.1 试样处理以5:1的比例准确称取缓冲剂和钛白粉样品，于研钵中混合，研磨均匀。将处理好的样品装满下电极，压紧，每份样品装3个以上平行样。同样方法处理系列标准样品。1.4.2 样品测定在选定的实验条件下，激发标准系列样品，每个标准点至少激发3次，取其信号平均值，以各分析元素浓度和相应的信号平均值建立工作曲线。相同的条件下，对样品进行测定。2 结果与讨论2.1 减少样品元素污染的方法对高纯物质中杂质元素的进行检测时，元素污染是影响数据结果的重要因素。而元素污染在实验过程的各个阶段都可能发生，需要采用适当的方法来降低污染风险，避免元素污染的发生，以保证测定结果的准确性。2.1.1 试剂及耗材选用及处理阶段配制标准样品所用试剂的纯度将直接影响标准样品的准确度，本方法各待测元素氧化物及石墨粉（缓冲剂）均采用光谱纯试剂。基体二氧化钛采用质量份数99.995%高纯试剂，且基体中各待测元素含量均0.0001%。石墨电极中杂质元素也会对测定结果造成一定影响，本方法采用光谱纯石墨电极，且在电极使用前用去离子水在超声波清洗仪中清洗3次，以去掉电极加工过程的残留物及表面浮尘。2.1.2 样品前处理阶段样品前处理是元素污染的主要来源，每一个操作步骤都需特别注意。在样品称量前按规程对天平进行清洁，避免称量过程引入污染；研磨样品最常用的玛瑙研钵，其主要成分为二氧化硅，研磨过程中易引入硅元素污染，严重影响硅元素测定结果的准确性；本方法样品研磨采用有机玻璃研钵，且专物专用，只用于研磨二氧化钛样品，避免研钵混用引起交叉污染；实验所用器皿使用前均用去离子水清洗干净，样品称量、研磨、装填在干净无尘的环境中进行；装好样品的电极置入样品板相应的孔中，样品全部装完后，样品板放入带盖的样品盒中备用。2.1.3 样品测定阶段样品测定前对上下电极夹及样品激发室进行清2023 年第 4 期18No.4 Jul.2023分析仪器Analytical Instrumentation洁；取拿电极时避免触碰电极激发端；每取出一个样品后立即盖好样品盒，以免带入灰尘。2.2 缓冲剂的影响由于石墨粉具有导电性好、能稳定弧焰、光谱简单、在空气中不易吸水或改变性质、易于研磨、价格低廉等优点，本方法选择石墨粉作为光谱缓冲剂。将石墨粉加入到粉末试样中不仅可以稳定电弧温度，在燃弧的同时还可以在电极孔中生成新的化合物，改变试样中元素挥发的速度和顺序7，8。在钛白粉样品中加入大量石墨粉，激发过程中可以使TiO2(沸点2900OC）转化为更难挥发的TiC（沸点4300OC）。从而抑制基体元素的蒸发，减小基体元素的干扰。而样品与缓冲剂的比例，将直接影响各元素信号强度和弧焰的稳定性。通过多次试验对比，综合考虑13种待测元素的情况，确定石墨粉与样品比例为5:1，该条件下大多数元素谱线的信号强度适中，且弧焰激发稳定，能够满足钛白粉中杂质元素检测的需求。2.3 方法验证2.3.1 检出限用本方法对二氧化钛基体样品连续测定10次，以3倍标准偏差计算检出限，各元素检出限见表2。从表2中可以看出,所有分析元素的检出限都在1g/g以下。2.3.2 精密度和准确度将国内某企业生产的钛白粉样品分别与配制的1号、3号和5号标准物质1:1混合，再与缓冲剂混合均匀，测试低、中、高3个含量点的加标回收率。每个加标样品平行测定10次，计算其回收率和精密度，测定结果见表2。从表2中可以看出，测定结果各元素的加标回收率在83%125%之间，RSD均小于15%。3 结论研究了全谱直流电弧发射光谱法同时测定钛白粉中13种杂质元素的分析方法，在选定的试验条件下，可对钛白粉粉末样品直接进行分析，无需样品溶解。分析结果准确可靠，分析速度快，适合钛白粉样品中杂质元素的快速检测。参考文献1 李金泽,李学敏,王瑛.钛白粉概述及研究进展J.染料与染色,2022,59(05):12-19.2 刘勇,王振英,谈钱戬,等.邻菲罗啉分光光度法测定钛白表2 分析方法的检出限、回收率及精密度元素检出限(g/g)测定量(g/g)低含量点加标中含量点加标高含量点加标加入量(g/g)测定总量(g/g)回收率(%)RSD（%）加入量(g/g)测定总量(g/g)回收率(%)RSD（%）加入量(g/g)测定总量(g/g)回收率(%)RSD（%）Al0.1875.262.0077.71122.53.2615.0092.98118.12.34135.00215.32103.71.35Bi0.35-1.001.25125.012.357.507.3397.78.9667.5066.3698.32.36Co0.48-6.005.3589.28.3645.0043.2596.16.53405.00403.1299.53.12Cr0.32-6.006.21103.57.2545.0048.37107.57.63405.00410.23101.34.88Cu0.040.422.002.59108.58.6815.0017.56114.38.79135.00136.5100.82.76Fe0.418.236.0015.03113.35.3545.0055.69105.56.35405.00423.56102.65.05Mn0.121.186.007.56106.33.2645.0045.6898.98.16405.00405.3399.82.05Mo0.96-6.006.65110.814.4445.0046.03102.38.88405.00410.23101.34.19Ni0.7219.826.0026.01103.25.7845.0070.56112.89.58405.00423.6599.74.64Pb0.38-2.002.37118.511.5615.0013.2188.15.47135.00136.56101.23.54Sb0.91-2.001.6783.513.5615.0017.21114.79.35135.00135.68100.52.46Si0.13204.236.00211.65123.72.3545.00256.05115.24.64405.00606.3599.35.42Sn0.8513.512.0015.2285.58.6815.0028.76101.77.39135.00150.35101.43.08-表示未检出2023 年第 4 期19No.4 Jul.2023分析仪器Analytical Instrumentation粉浆料中的铁含量J.涂料工业,2016,46(06):47-50.3 黎香荣,谢毓群,杨怀军,等.火焰原子吸收光谱法测定钛白粉中镉J.冶金分析,2012,32(03):51-54.4 任玲玲.电感耦合等离子体原子发射光谱法测定钛白粉中的微量元素J.理化检验(化学分册),2017,53(07):796-799.5 成勇.微波消解-电感耦合等离子体质谱法测定二氧化钛中痕量元素J.冶金分析,2009,29(10):7-12.6 黄肇敏.钛白粉中杂质元素的原子发射光谱分析J.金属材料与冶金工程,2007(05):38-42.7 吴冬梅,赵燕秋,付国余,等.全谱直流电弧发射光谱法同时测定钼样品中17种杂质元素J.中国无机分析化学,2020,10(02):67-72.8 吴冬梅,赵燕秋,付国余.全谱直流电弧发射光谱法同时测定钨中19种杂质元素J.中国钨业,2019,34(03):60-64.收稿日期：2022-11-08作者简介：曲红静，女，1980年出生，工程师，硕士，研究方向为分析仪器的质量管理及发射光谱仪的应用，Email:Email:。