塑料助劑中矽元素的微波消解‑電感耦合等離子發射光譜檢測方法與流程
2023-09-18 20:21:00
本發明涉及一種塑料助劑中矽元素的微波消解-電感耦合等離子發射光譜檢測方法，屬於化學技術領域。
背景技術：
塑料助劑廣泛被用於不同領域如塗料、油漆、木塑、型材、管材、板材等，有助改善塑料的加工性、可塑性、耐熱性等優點。含有矽元素的塑料助劑如滑石粉、沸石更是傳統上普遍應用在塗料及PVC穩定劑裡。此類助劑對於產地的變化，元素含量也參差不齊，造成產品管控上的難度。電感藕合等離子體發射光譜(ICP-AES)在測定金屬元素或無機物上是最佳的方式之一，然而樣品前期消解稀釋過程是被不可忽略的。目前現有的鹼溶、酸溶方法各有優缺點。鹼溶方法對矽元素的消解並不徹底，檢測結果不準確，重複性差。此前的酸溶方法對矽元素的消解多是用於礦業及電子行業，所採用的酸溶組合複雜並無系統性篩選，並且採用了大量的強腐蝕性的氫氟酸消解，提高了操作員及儀器對強酸性的氣體的接觸，降低了安全度，並不適用於長期操作。此研究可在眾多方法中挑選出適合及精準的程序，並且減少儀器損耗。
技術實現要素：
本發明解決的技術問題是：提出一種克服現有高矽元素的塑料助劑的檢測方式低重複性及準確性問題的塑料助劑中矽元素的微波消解-電感耦合等離子發射光譜檢測方法。
為了解決上述技術問題，本發明提出的技術方案是：一種塑料助劑中矽元素的微波消解-電感耦合等離子發射光譜檢測方法，包括如下步驟：
(1)準確稱取不大於0.10g樣品於消解罐中，加入消解液體，所述消解液體為質量比為1:9的氫氟酸和硝酸，搖勻上緊消解罐，置於微波消解儀中；
(2)按照下例中微波消解程序進行微波消解，消解結束取出，冷卻；微波消解程序如下：
(3)搖勻過濾至100ml聚四氟乙烯容量瓶中，用蒸餾水定容至刻度後，待測；
(4)標準溶液製備：矽標準溶液濃度為0、10、20、50、100mg/L於聚四氟乙烯容量瓶中，以蒸餾水稀釋至刻度、搖勻，供製備標準曲線；
(5)根據下述條件設定電感耦合等離子發射光譜儀器，並設定電感耦合等離子發射光譜矽元素分析線為251.611nm，電感耦合等離子發射光譜儀器條件如下：
(6)依次將試劑空白，標準溶液，樣品空白，待測樣品溶液導入發射光譜儀中測量，利用譜線強度和溶液濃度的關係，儀器自動繪製工作曲線並計算分析矽元素的含量結果。
優選的，所述步驟2中氫氟酸為1mL、硝酸為9mL。
優選的，所述微波消解儀為安東帕Multiwave 3000微波消解儀。
優選的，所述電感耦合等離子發射光譜儀器為珀金埃爾默Perkin Elmer7000DV等離子發射光譜ICP-AES。
有益效果：
電感藕合等離子體發射光譜(ICP-AES)由於其靈敏及精準的測定，廣泛的用於不同領域的金屬元素檢驗中。塑料助劑也是其一範圍中。基本金屬元素一般引用硝酸就可達到消解並進行鑑定，方法相對簡易。本發明針對塑料添加劑中的高矽含量在採取了不同的微波消解方式進行了研究。消解方式分為：硝酸、氫氧化鈉、酸鹼混合和氫氟酸/硝酸混合，之後才以電感藕合等離子體發射光譜測定其中矽含量。由於氫氟酸乃強酸、強腐蝕，本發明也對此進行了氫氟酸/硝酸比例的調整來對比。氫氟酸和硝酸混合消解法對於高矽含量的樣品，分析線為251.611nm，精準度及重複性最佳，回收率也最為準確達到94-98％。並且發現氫氟酸/硝酸比例2：8和1：9所得的效果基本一致，後者更為適合引用，對於設備也可降低維護風險。
由於本發明中採用了較少的氫氟酸比例來進行消解，氫氟酸/硝酸比例1：9，所以在能確保樣品的矽元素徹底消解之餘也能進一步降低氫氟酸對消解設備及電感耦合等離子發射光譜儀的零件的腐蝕，從而減少設備損耗。本發明也由於採用了較低幹擾的矽元素分析線(251.611nm)及測試參數，所以提高了檢測方式低重複性及準確性。
具體實施方式
實施例
1、儀器
安東帕Multiwave 3000微波消解儀；珀金埃爾默Perkin Elmer7000DV等離子發射光譜(ICP-AES)；梅特勒-託利多MS204S電子天平
2、試劑與標準溶液
氫氧化鈉(分析純；300g/L)；氫氟酸(分析純)；硝酸(分析純)；鹽酸(分析純)；矽元素標準溶液1000mg/L(GSB04-1752-2004(a)；購自國家有色金屬及電子材料分析測試中心)；實驗用水為蒸餾水。
3、實驗樣品
滑石粉(江西高峰)
4、微波消解方法
準確稱取不大於0.10g樣品於消解罐中，加入消解液體(見表1)，搖勻上緊消解罐，置於微波消解儀中。按照設定的微波消解程序(見表2&3)進行微波消解，消解結束取出，冷卻。搖勻過濾至100ml聚四氟乙烯容量瓶中，用蒸餾水定容至刻度。同時隨試樣做空白。本實驗選擇不同的消解液進行優化，見表1
表1消解液體的選擇
註：*先以氫氧化鈉微波消解，取出後才加入酸中和。
5、標準溶液製備
矽標準溶液濃度為0、10、20、50、100mg/L於聚四氟乙烯容量瓶中，以蒸餾水稀釋至刻度、搖勻，供製備標準曲線用。
6、儀器設定
6.1微波消解儀設定
表2 Multiwave 3000消解程序(消解組合A、B、C)
表3 Multiwave 3000消解程序(消解組合D、E、F)
6.2等離子發射光譜設定
按照儀器的操作規程及工作條件調整儀器(見表4)，待儀器穩定後依次將試劑空白，標準溶液，樣品空白，待測樣品溶液導入發射光譜儀中測量，利用譜線強度和溶液濃度的關係，儀器自動繪製工作曲線並計算分析結果。
表4 Perkin Elmer7000DV儀器條件
7、元素測定結果分析
等離子發射光譜選擇矽元素的兩條分析線：251.611nm和288.158nm也進行了對比，判斷出幹擾性最小的分析線為合適。從6組不同的消解方式結果來分析，氫氟酸/硝酸的兩組(E和F)測定值是最高的，並且重複性也是最佳，SD值均在0.15％以內。此外，氫氟酸/硝酸比例2：8和1：9所得的效果基本一致，後者更為適合引用，對於設備也可降低維護風險。兩條分析線所檢測的數據，251.611nm的結果相對穩定，SD值在0.05％以內。
純硝酸消解的組合(D)相較於其他組合所獲得的結果的最差，基本檢驗不到含矽元素的數據。該現象可以推斷為，滑石粉中的二氧化矽在硝酸無法被消解成液體，在消解過濾中也發現許多白色沉澱物。
酸鹼混合組合(B和C)所獲得的矽元素測量值也偏低，而且數據也飄浮不定，並不適合應用於含矽元素的塑料添加劑的消解方式。氫氧化鈉較於氫氟酸/硝酸組合的矽元素檢測數據略低，但比起其他消解方來得更佳。
表5消解組合矽元素測量值
7.1重複性及加標回收試驗
同樣程序製備出F消解組合，進行重複性試驗並定量加入待測元素標準溶液，進行回收率試驗，回收率在94-98％之間。採用251.611nm的分析線結果顯示，其回收率比288.158nm略微高及準確度更高。重複試驗的矽含量在251.611nm結果：10.34％(參考表5；F組合平均值)對比10.81％(參考表6；平均值(標樣0wt％))，達到了95.6％的重複概率。
方程式1：
表6回收率測試
本發明的不局限於上述實施例所述的具體技術方案，凡採用等同替換形成的技術方案均為本發明要求的保護範圍。