ICP-OES法測(cè)定PPR管材料中的金屬含量

郭換如

(中國(guó)石化揚(yáng)子石油化工有限公司研究院,江蘇 南京，210048)

無(wú)規(guī)共聚聚丙烯(PPR)管材具有質(zhì)量輕、耐腐蝕、不結(jié)垢、使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn),是冷熱水輸送管的極佳選材[1-2]。在PPR管材料研發(fā)過(guò)程中,通過(guò)加入氫氣，調(diào)節(jié)物料的熔體流動(dòng)速率(MFR),通過(guò)改變聚合條件，控制分子鏈上乙烯鏈節(jié)分布和相對(duì)分子質(zhì)量。除MFR和乙烯含量是過(guò)程產(chǎn)品一個(gè)重要的控制指標(biāo)外,適時(shí)檢測(cè)各個(gè)反應(yīng)釜粉料中特定金屬元素含量也可以為工藝參數(shù)調(diào)節(jié)提供數(shù)據(jù)支撐,通過(guò)金屬元素含量的大小可以推斷催化劑在每個(gè)反應(yīng)器內(nèi)的停留時(shí)間,反應(yīng)活性及金屬殘留對(duì)后續(xù)反應(yīng)和產(chǎn)品質(zhì)量的影響。由此可見(jiàn),金屬元素含量的檢測(cè)在PPR管材料研發(fā)中對(duì)工藝控制具有一定的數(shù)據(jù)指導(dǎo)意義。

而在金屬元素含量檢測(cè)方面,電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀(ICP-OES)分析方法由于步驟簡(jiǎn)單,一次性測(cè)定全部待測(cè)元素,是一個(gè)花費(fèi)少、污染少、流程短的環(huán)保性方法,有著寬廣的發(fā)展前景[3]。ICP-OES在微量元素同時(shí)測(cè)定方面成為其他分析技術(shù)如原子吸收光譜、X射線熒光光譜等方法無(wú)法比擬的一種分析手段。下面介紹了用ICP-OES測(cè)定PPR管材粉料中金屬元素的方法。

1 試驗(yàn)部分

1.1 儀器及試劑

ICP-OES, OPTIMA8000, 美國(guó)珀金埃爾默公司;馬弗爐, CWF11/13B, 英國(guó)CARBOLITE公司;(雙蒸餾水)自動(dòng)純水蒸餾器,A4000D,英國(guó)STUART公司;鹽酸及硝酸, 優(yōu)級(jí)純,南京化學(xué)試劑有限公司;鐵、鎂、鋁、鈦單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液,1 000 mg/L,國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研究中心。

1.2 ICP-OES工作條件

高頻發(fā)生器入射功率,1 300 W;輔助氣流量,0.3 L/min;等離子氣流量,15 L/min;霧化氣流量,0.8 L/min;觀察高度,15 mm;蠕動(dòng)泵泵速,1.5 mL/min。

1.3 樣品預(yù)處理

準(zhǔn)確稱(chēng)取15 g左右PPR樣品于石英坩堝中,放置于電爐上加熱至有煙氣產(chǎn)生時(shí),用定性濾紙將其引燃,燃燒至燼,隨后將坩堝移至馬弗爐(箱式電阻爐)內(nèi),550 ℃煅燒3 h;冷卻后取出加入10 mL 按1∶1(體積比)稀釋后的鹽酸,在140 ℃電熱板上加熱至剩余1～2 mL,最后用二次蒸餾水定容至10 mL。同時(shí)制備空白樣品。

1.4 元素最佳分析線

將Fe,Mg,Al,Ti各單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液配制出濃度分別為0,2,10 mg/L的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液,以體積分?jǐn)?shù)5%的硝酸溶液為空白樣品測(cè)得校準(zhǔn)曲線,利用ICP-OES自帶軟件所提供的背景校正功能,依次檢查上述各元素波長(zhǎng)的情況,得到各金屬元素Fe,Mg,Al,Ti的最佳分析線分別為238.204,285.213,396.153,334.940。

1.5 樣品中元素的測(cè)定

開(kāi)啟ICP-OES,建立標(biāo)準(zhǔn)工作曲線,將被測(cè)樣品信息分別輸入其工作軟件。在與制作標(biāo)準(zhǔn)曲線相同的工作條件下依次測(cè)試樣品及空白樣品,計(jì)算機(jī)將分別自動(dòng)計(jì)算出樣品中的所測(cè)金屬元素含量。

2 結(jié)果與討論

2.1 共存元素的影響

PPR管材料生產(chǎn)過(guò)程金屬元素主要來(lái)源于設(shè)備、催化劑、助劑或添加劑,有Fe,Mg,Al,Ti等,隨著各反應(yīng)釜內(nèi)反應(yīng)程度的不同,其中含有的金屬元素也會(huì)有相應(yīng)地變化。通常在樣品處理過(guò)程中,通過(guò)取樣量、最后溶液定容量將各元素的含量控制在0.1～100.0 μg/g。在這種情況下,試驗(yàn)考察共存元素間的干擾,結(jié)果見(jiàn)圖1。

圖1 共存元素發(fā)射光譜分析

從圖1可以看出Fe,Mg,Al,Ti這4種共存元素間并無(wú)相互干擾現(xiàn)象,各元素譜圖清晰無(wú)干擾,其中Ti元素除在波長(zhǎng)334.940 nm處有一個(gè)峰,在334.903 nm處還有一小峰,但兩峰也并無(wú)干擾。

2.2 樣品溶液酸度的影響

在樣品溶液中,由于樣品的酸度等物理性質(zhì)對(duì)提升量、霧化效率的影響導(dǎo)致的化學(xué)干擾造成光譜強(qiáng)度值發(fā)生變化。本試驗(yàn)分別取含有Fe,Mg,Al,Ti元素濃度均為10 mg/L的標(biāo)樣于試管中,分別加入0.1,0.2,0.3,0.4,0.5 mL的硝酸,配制成其酸度(體積分?jǐn)?shù))分別為1%,2%,3%,4%,5%的溶液。在完全相同的儀器操作條件下分別測(cè)定5組溶液中各元素的譜線強(qiáng)度。測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 溶液酸度對(duì)被測(cè)元素譜線強(qiáng)度的影響

由表1可知,隨著酸度增大,各個(gè)元素的譜線強(qiáng)度呈減弱的趨勢(shì)。因?yàn)樗岬慕怆x消耗能量而降低等離子體的溫度,所以總體效應(yīng)使譜線強(qiáng)度減弱。在等離子體發(fā)射光譜分析中,大量酸的存在會(huì)影響噴霧器的噴霧效率,而使測(cè)得結(jié)果產(chǎn)生誤差,且還考慮到儀器對(duì)酸的承受情況,故樣品溶液應(yīng)采用1%的酸度。另外注意在試驗(yàn)中應(yīng)盡量保持標(biāo)準(zhǔn)、空白和樣品溶液酸度的一致,也能消除溶液酸度對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響。

2.3 加標(biāo)回收率及準(zhǔn)確度

為了考察測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性,取已知元素含量的PPR管材料樣品15 g,加入濃度為2 mg/L混合標(biāo)準(zhǔn)溶液后,按1.3方法進(jìn)行樣品預(yù)處理后,并對(duì)同一樣品重復(fù)測(cè)定3次其結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 加標(biāo)回收結(jié)果

由表2可知,回收率在98.5%～101%,儀器精密度均小于1.00%,說(shuō)明方法的準(zhǔn)確度很好、儀器精密度高,能夠滿足測(cè)試的要求。

2.4 方法的檢出限

方法的檢出限是指可檢測(cè)的待測(cè)元素的最小濃度或含量分析物能夠被識(shí)別和檢測(cè)的最低濃度。一般是采用樣品全流程空白連續(xù)10次測(cè)定值的3倍標(biāo)準(zhǔn)偏差作為分析物濃度。Fe,Mg,Al,Ti元素的檢出限分別為0.004,1.87,2.03,0.918 μg/L。

2.5 方法的精密度

取同一PPR管材料樣品(與2.3所用樣品相同)5份,分別按照試驗(yàn)部分中樣品預(yù)處理、建立方法和元素測(cè)定的全過(guò)程,依次測(cè)定各金屬元素含量,測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 樣品金屬含量 μg/g

由表3數(shù)據(jù)計(jì)算出,Fe,Mg,Al,Ti元素的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為0.50%,1.23%,2.00%,1.50%，均不大于2.00%,表明方法的精確度高,重現(xiàn)性好。

3 結(jié)論

采用ICP-OES測(cè)定PPR生產(chǎn)過(guò)程中的金屬元素含量,金屬共存元素間無(wú)互相干擾現(xiàn)象、方法的準(zhǔn)確度高、回收率在98.5%～101.0%,儀器的精密度高、檢出限低,是一種簡(jiǎn)單快捷地測(cè)定PPR管材料中的金屬含量方法,能夠很好的為最終生產(chǎn)出滿足產(chǎn)品質(zhì)量要求的PPR管材料提供保障。