不同除酸法对电感耦合等离子发射光谱检测岩棉酸度系数的影响

□文/宋 玉

随着国民经济的迅速发展，人民的生活水平日益提高，对环保节能绿色的要求也越来越高；而建筑能耗在人类整个能源消耗中所占比例高达30%以上，发展节能减排的新型建筑材料刻不容缓。岩棉作为无机外墙外保温建筑材料，具有密度小、导热系数低、不燃烧、防火、保温和吸音等突出优点，是符合当今中国低碳、节能、减排趋势的新型节能材料[1]。

酸度系数是岩棉及其制品化学成分中二氧化硅、三氧化二铝质量分数之和与氧化钙、氧化镁质量分数之和的比值，它的数值大小直接影响岩棉制品的燃烧性能、导热系数等多项指标。故GB/T 25975—2010《建筑外墙外保温用岩棉制品》将酸度系数作为岩棉验收的指标之一。自2018年11月1起，启用新的酸度系数检测方法[2]，用电感耦合等离子发射光谱（以下简称“ICP-AES”）仪器法代替之前的化学滴定法，作为三氧化二铝、氧化钙和氧化镁测定的仲裁方法。ICP-AES法从未在此领域被使用过，作为一种与之前截然不同的新检测方法，如何保证检测结果的准确性成为重中之重。

酸溶解是ICP-AES 法消解制备岩棉样品溶液必不可少的步骤。酸具有黏度大、盐效应大等缺陷，所加酸的黏度越大，浓度越高，样品溶液的表面张力越大，雾化率越低[3]，检测效果越差；氢氟酸还会腐蚀玻璃，造成仪器的雾化器、雾室及炬管的损伤；所以说除酸效果对ICP-AES法检测结果有着极大影响。本文采用6种不同处理方法进行除酸，比较检测效果，找到对ICP-AES法检测干扰小、操作简便的除酸方法。

1 仪器和试剂

1.1 试剂

本方法所使用水均为去离子水。硝酸、高氯酸、氢氟酸、盐酸为优级纯试剂。铝、钙、镁标准溶液均是1 000 μg/mL的国家有证标准溶液。

工作曲线溶液：分别移取0、1.00、1.50、2.00、2.50、3.00、3.50、4.00、4.50、5.00 mL 铝标准溶液和钙标准溶液以及0、0.50、0.75、1.00、1.25、1.50、1.75、2.00、2.25、2.50 mL镁标准溶液到100 mL容量瓶中，加入10 mL盐酸，用水定容。工作曲线溶液浓度见表1。

表1 工作曲线溶液浓度 μg/mL

1.2 仪器

美国利曼公司的Prodigy XP 型等离子发射光谱仪，参数为：RF功率1.1 kW，雾化气52PSI，泵速1.8 mL/min，纵向观测，高度线圈上方1.5 cm。电热板、电阻丝炉、马弗炉。

检测波长：铝 396.152 nm、钙 317.933 nm、镁285.213 nm。

2 样品处理及分析

2.1 样品处理

准备6 个铂金坩埚，分别向其中加入2.5 mL 铝标准溶液、1.5 mL钙标准溶液和2.5 mL镁标准溶液，再边摇边缓慢滴加2 mL 硝酸、2 mL 高氯酸、5 mL 氢氟酸。待铂金坩埚冷却到室温后，采用以下6 种除酸方法进行样品的前处理消解。

1）方法1。将铂金坩埚置于电热板上挥发至干。

2）方法2。将铂金坩埚置于电热板挥发至干，然后继续加热，直至观察不到白烟冒出。

3）方法3。将铂金坩埚置于电阻丝炉上挥发至干。

4）方法4。将铂金坩埚置于电阻丝炉上挥发至干，然后继续加热，直至观察不到白烟冒出。

5）方法5。将铂金坩埚置于电热板挥发至干后，再置于电阻丝炉上继续加热，直到观察不到白烟冒出。

6）将铂金坩埚置于电热板上挥发至干，然后转移放入马弗炉中，从低温开始加热到800 ℃，灼烧1 h。

直到反应充分、前处理完全，再取出铂金坩埚分别加入10 mL盐酸和10 mL水，置于电热板上低温加热至固体溶解，溶液完全澄清。待溶液冷却到室温后，将其移入100 mL容量瓶中，用水定容。理论上每份样品含铝25.0 μg/mL、镁25.0 μg/mL、钙15.0 μg/mL。

2.2 样品分析

ICP-AES 仪器有自动背景校正功能，按照表1 输入工作曲线溶液浓度，在谱线图中选择背景强度变化平缓、波动较小处作为背景扣除点。

按照浓度从低到高的顺序依次检测工作曲线溶液。当工作曲线的线性r≥0.999时，分别检测6份样品溶液。仪器会自动给出被测元素的谱线图以及结果浓度值。见图1和表2。

图1 ICP-AES测得的谱线

表2 ICP-AES法测得的铝、钙、镁浓度 μg/mL

3 试验现象

1）方法1。样品溶液未见沸腾，只有微量白烟冒出。溶液体积随时间缓慢减少，直到在坩埚底形成糊状物。糊状物干燥后留下薄薄一层白色固体附着在坩埚底。

2）方法2。样品溶液未见沸腾，只有微量白烟冒出。溶液体积随时间缓慢减少，直到消失形成固体。在加热板上对坩埚进一步加热后，白烟突然增多变为浓烟，待烟消失后，坩埚底有薄薄一层白色固体。

3）方法3。样品溶液剧烈沸腾，不停迸溅，有大量样品溅在电阻丝炉上。溶液体积迅速减少，最终在坩埚壁上和底部留下分散的白色固体。

4）方法4。样品溶液剧烈沸腾，不停迸溅，有大量样品溅在电阻丝炉上。溶液体积迅速减少，至溶液完全消失后，冒出大量白色浓烟。待白烟消失后，坩埚壁上和底部留下分散的白色固体。

5）方法5。样品溶液未见沸腾，只有微量白烟冒出。溶液体积随时间缓慢减少，直到消失形成固体。转移到电阻丝炉上对坩埚进一步加热后，白烟突然增多变为浓烟，坩埚底的固体开始不断起泡，破裂。待白烟消失后，坩埚底的白色固体有裂痕出现。

6）方法6。样品溶液未见沸腾，只有微量白烟冒出。溶液体积随时间缓慢减少，直到消失形成固体。待坩埚在马弗炉中灼烧1 h 后，打开炉门有白色刺激性气体逸出，坩埚底留下白色固体。

4 数据处理

6种除酸方法的回收率见表3。

表3 回收率 %

谱线图的基线飘的越高，表示酸干扰越大；回收率越接近100%，表示检测效果越准确。比较6种除酸方法的谱线图和回收率可以发现：

1）基线从低到高分别为方法6≈方法5≈方法4＜方法2＜方法3＜方法1；

2）方法1～3的基线明显高于方法4～6，可见方法1～3的除酸效果差，不宜采用；

3）方法4～6 的基线高低虽略有差别，但相差不大，基本重合，可见这三种方法除酸效果较好，可以考虑；

4）比较方法4～6的回收率，从高到低分别为方法6≈方法5＞方法4；

5）方法4 的回收率过小，可见加热过程中的迸溅造成了样品损失，致使检测结果偏低，不宜采用；

6）方法6的基线较低，回收率最好，但马弗炉设备购置成本高且加热开炉时有刺激性气体，对空气环境污染较大，同时危险性极高，会危害检测人员人身安全，不宜采用；

7）方法5 的基线也较低，回收率在98%～102%之间，准确度较高且电阻丝炉便宜好维护且在通风橱中进行，酸雾气体随时被抽排出去，安全性大大有所保证。

5 结论

为更准确、快捷地对岩棉制品的酸度系数进行检测，必须选择一种对ICP-AES 设备检测影响小、操作简便、安全性高的前处理方法。综合考虑各方面因素，方法5“将铂金坩埚置于电热板挥发至干后，再置于电阻丝炉上继续加热，直到观察不到白烟冒出”具有除酸效果好，基体干扰小，回收率高，对ICP-AES设备腐蚀弱，分析成本低，安全性高，对人员技术要求低等优点，更适合ICP-AES法检测前的除酸处理。