原子吸收分光光度法测定磷酸铁样品中钙、镁元素含量

刘 晨 佘世杰 钱有军

(中钢集团安徽天源科技股份有限公司)

近年来，随着锂离子电池应用的持续升温，尤其是新能源动力汽车等工业的迅猛发展，大大丰富了锂离子电池的种类，特别是以磷酸铁锂作为正极材料的锂离子电池备受国内外专家和厂家的关注，磷酸铁作为合成磷酸铁锂的原料之一，也成为研究的热点。合成优质的磷酸铁锂需要性能稳定、纯度高、杂质含量低的磷酸铁，钙、镁离子是磷酸铁中常见的杂质，而目前针对磷酸铁中钙、镁含量的测定研究则较少。本文运用火焰原子吸收分光光度法对3种市场在售的磷酸铁样品进行钙、镁离子含量测定，考察不同消电离剂KCl用量对测定结果的影响，并分析共存离子磷酸根的干扰作用和掩蔽剂镧溶液的适宜用量。

1 试验仪器与试剂

(1)主要试验仪器。TAS-990型原子吸收分光光度计(北京普析通用仪器有限责任公司)，钙、镁空心阴极灯(威格拉斯(北京)有限公司)。

(2)主要试验试剂。钙标准溶液(1 000 μg/mL)，准确称取干燥2 h的2.4970 g光谱纯CaCO3溶于硝酸(1∶4)中，定容至1 L备用。

钙工作液(50 μg/mL)。称取钙标准溶液5 mL于100 mL容量瓶定容，制成钙工作液，备用。

镁标准溶液(100 μg/mL)。准确称取0.165 8 g在700 ℃条件下焙烧过的高纯MgO溶于硝酸(1∶1)中，定容至1 L备用。

镁工作液(5 μg/mL)。称取镁标准溶液5 mL于100 mL容量瓶定容，制成钙工作液，备用。

镧溶液(100 g/L)。称取29.000 0 g三氧化二镧(4N)溶于100 mL纯水和70 mL硝酸(1∶1)中，在250 mL容量瓶定容。

盐酸(1∶1)，KCl溶液(10%)。

2 试验方法

2.1 建立标准曲线

移取不同体积的镁工作液于100 mL容量瓶中，加入4 mL盐酸(1∶1)，2 mL镧溶液，定容，制成6种不同浓度镁标准曲线溶液；移取不同体积的钙工作液于100 mL容量瓶中，加入10 mL盐酸(1∶1)，2 mL镧溶液，1 mLKCl溶液(10%)，定容，制成6种不同浓度的钙标准曲线溶液。钙、镁标准曲线溶液的配制浓度见表1。

表1 钙、镁标准曲线溶液的配制浓度 μg/mL

按一定的工作参数在原子吸收分光光度计上测定钙、镁标准曲线溶液的吸光度值，绘制标准曲线。工作参数和线性方程见表2，钙、镁的吸光度和待测液浓度(A-c )图分别见图1、图2。

表2 工作参数及工作方程

图1 Ca元素A-c图

图2 Mg元素A-c图

表2表明，钙、镁标准曲线的线性方程具有良好的相关性。

2.2 样品的溶解和测定

称取0.100 0 g磷酸铁待测样，在4 mL盐酸(1∶1)中加热完全溶解，转移至100 mL容量瓶，加入2 mL镧溶液后定容，测定镁元素含量；称取1.000 0 g磷酸铁待测样，在10 mL盐酸(1∶1)中加热完全溶解，转移至100 mL容量瓶内，加入2 mL镧溶液、1 mLKCl溶液(10%)后定容，测定钙元素含量。

分别测定待测样溶液吸光度，根据钙、镁标准曲线确定钙、镁离子浓度，再计算出待测样中钙、镁元素含量，同时作空白对照试验。

3 试验结果与讨论

3.1 消电离剂对测定结果的影响[1]

钙元素易发生电离，用KCl做消电离剂，分别进行不同KCl浓度对钙离子吸光度测定结果的影响。结果表明， KCl溶液(10%)加入量在0.5～1.5 mL范围内时，KCl对钙离子吸光度的测定值有明显的增敏作用，且吸光度值基本稳定。由于镁离子不易发生电离，加入KCl对吸光度的测定结果没有影响。因此试验测定钙离子浓度时在待测样溶液与标准曲线溶液中均加入1 mL KCl溶液做消电离剂，测定镁离子时不添加KCl。

3.2 共存离子的影响及处理

磷酸铁溶液主要成分为磷酸根和铁离子，磷酸根容易与钙、镁离子形成沉淀，影响测定结果，而铁离子对测定结果没有影响。为避免磷酸根对钙、镁离子浓度测定结果的影响，通过在钙、镁标准曲线溶液加入不同体积的镧溶液作掩蔽剂进行干扰性试验，结果分别见表3、表4。

表3 镧溶液添加量对钙离子浓度测定结果的影响

表4 镧溶液添加量对镁离子浓度测定结果的影响

从表3、表4可以看出，加入一定量的澜溶液可以基本消除磷酸根对钙、镁离子浓度测定的不利影响，因此镧溶液添加量宜为2 mL。

3.3 验证试验

取3种市场在售的磷酸铁样品分别制成5个平行样，按试验方法进行钙、镁元素含量测定，结果分别见表5、表6。

表5 磷酸铁样品镁元素含量测定结果

表5、表6表明，3种磷酸铁样品钙、镁元素含量测定结果均在正常范围内，平均相对标准偏差(RSD)均小于0.41%。

3.4 加标回收试验

为验证试验结果的准确性，对FePO4(湖南恒平)其中1个样品按试样方法溶解后，制成待测溶液，进行加标回收试验，结果见表7。

表7 加标回收试验结果

表7表明，样品钙、镁元素加标回收率分别为99.85%和98.67%，说明试样方法测定结果准确，可靠性高。

4 结 论

火焰原子吸收分光光度法通过在盐酸(1∶1)中加热，使磷酸铁样品溶解完全，溶解溶液中分别加入KCl溶液(10%)和澜溶液，分别作为消电离剂和掩蔽剂，进行钙元素含量的测定；镁元素含量测定时不加入KCl。该方法测定结果准确度高、可靠性好，且快速简单，适用于批量磷酸铁样品中钙、镁元素含量的测定。