火焰原子吸收分光光度計法測定水泥中的Ca、Mg、Fe、K、Na

引言
Ca、Mg、Fe、K、Na的含量是水泥的重要指標，其化學成分分析一般都采用容量分析法和分光光度法相結合。由于其操作復雜，手續繁瑣，分析速度慢，已滿足不了工業生產的需要。近年來，隨著儀器分析的飛速發展，出現了原子吸收光譜分析、等離子發射光譜分析、X射 線熒光光譜分析等新型分析方法。由于原子吸收光譜儀具有結構簡單，操作方便，分析速度快，抗干擾能力強，測試數據準確，又不十分昂貴等特點，而倍受人們的 重視和青睞。本文在介紹一種快速處理樣品的方法的同時，著重介紹通過選擇分析譜線，用火焰原子吸收法測定水泥及其生、熟料中的Ca、Mg、Fe、K、Na。無需添加任何基體改進劑或進行基體匹配，便可進行無干擾測試，方法簡單、快速，結果令人滿意。
2 實驗部分
2.1 儀器與試劑
 PF200型原子吸收光譜儀(澳大利亞瓦里安公司)。
Ca、Mg、Fe、K、Na標準溶液，濃度均為1mg/ml；
HF、HClO4、HCl均為優級純；
試驗用水為蒸餾水。
2.2 測試工作條件
測試工作條件見表1。
表1 各元素的測定工作條件

    火焰：空氣－乙炔；測定時間：1.5s。

2.3 樣品處理方法
準確稱取水泥粉料(包括生、熟料)0.35～0.4g，放入鉑金坩堝或聚四氟乙烯坩堝，加入20ml水和2.5ml濃鹽酸，用玻璃棒將結塊輾散，將坩堝放在110V左右低溫電爐上加熱10min，用移液管將澄清液移至50ml容量瓶中，然后向坩堝底部的沉淀物加入2ml HF，4～6滴HClO4，繼續加熱至白煙冒盡，稍冷，加入4滴HCl(1:1)和少許水，加熱至溶液澄清，將溶液并入50ml容量瓶(注：如果沉淀物很少，可以省略這些步驟)，用水多次沖洗坩堝，*后定容至50ml，此溶液稱為“原始溶液”。
2.4 標準工作曲線繪制
將濃度為1mg/ml的Ca、Mg、Fe、K、Na標準溶液用蒸餾水稀釋，配制成各元素的標準工作曲線濃度系列，具體濃度見表2，以濃度─吸光度繪制標準工作曲線。
表2 各元素標準工作曲線濃度

2.5 樣品測試溶液的制備
將原始溶液稀釋10倍，其溶液用于測定Fe、K、Na；將其稀釋40倍，用于測定Mg；將其稀釋200倍，用于測定Ca。
3 結果與討論
3.1 分析譜線的選擇
選擇分析譜線的原則一般有3條：其一是選擇性好，抗干擾能力強，即用所選譜線測定樣品時，不出現干擾或干擾比較小。其二是譜線的*佳工作范圍接近測定值，以避免大倍數稀釋樣品或儀器探測不到。其三是線性范圍比較廣，以利于準確測定。根據這些要求，我們通過實驗研究，綜合分析后確定采用λCa＝422.7nm、λMg＝202.5nm、λFe＝372.onm、λK＝769.9nm、λNa＝589.6nm為測試分析譜線。
3.2 干擾及其消除
選用這些分析譜線進行測試，為了測試其干擾程度，我們做了回收試驗。發現將原始溶液稀釋10倍，其溶液用來測定Fe、K、Na，回收率在96.5%～102.0%之間，可以說在此溶液中，Fe、K、Na基本不受干擾。將原始溶液稀釋40倍，測定Mg。將原始溶液稀釋200倍，測定Ca。測試結果表明，此時基體及共存元素幾乎不干擾測定，回收率在95.6%～103.8%之間，因而無需添加基本改進劑或進行基體匹配，使得測定簡單、方便。
3.3 結果計算
由于儀器測試結果為濃度值(μg/ml)，將濃度值換算成重量百分比須按以下公式進行計算：

式中：R──各元素氧化物的重量百分比，%；
C──各元素的測試濃度值，μg/ml；
V──定容體積，ml；
G──樣品重量，g；
M──各元素與氧化物之間的換算系數。
3.4 測試方法的驗證
為了驗證方法的準確性，我們選擇了水泥生料、普通水泥兩種標準樣品進行測試，這兩種樣品從性質到成分都相差很大，為了方便比較，我們將樣品標準值及測定結果列于表3。在測試過程中，如果樣品濃度超過標準工作曲線，應將樣品稀釋至曲線工作范圍內。
表3 樣品的標準值和測定結果(%)

將表3的兩組數據值進行比較可以看出，樣品的測定值與標準值基本吻合，誤差很小，且基本上在標準值的允許誤差的范圍內。
3.5 樣品處理方法的改進
水泥樣品處理方法一般有堿溶法和酸溶法兩種，但這兩類處理方法都有明顯的不足。堿溶法主要表現為處理時間長，基體復雜，操作繁瑣；酸溶法則表現為適用范圍窄，如HCl法不能用于生料或某些水泥，HF─H2SO4法不能用于Ca、Mg的測定。而本文提出的樣品處理方法具有簡便，快速，基體少，適用范圍廣等優點，適用于除Si以外的多種元素的生產控制元素分析，尤其是用于儀器分析。
3.6 注意事項
在測定Ca、Mg時，應仔細調整燃燒頭高度及空氣─乙炔的比例，使得Ca、Mg的測試信號達到*大。