高纯硼酸中痕量杂质元素钠、镁、钙、铁、铅的测定方法

摘要

本发明公开了高纯硼酸中痕量杂质元素钠、镁、钙、铁、铅的测定方法，具体流程是通过氢氟酸盐酸加热除硼，王水提取可溶性盐类，超纯水定容，原子吸收光谱仪与电感耦合等离子体发射光谱仪测定，实现对高纯硼酸样品中痕量杂质元素的定量富集与分析测定；本发明以氢氟酸除硼，试剂用量少，样品空白低，去除硼酸基体以利于样品上机分析，使用包含原子吸收光谱仪、电感耦合等离子体发射光谱仪在内的原子光谱可实现对单/多元素的同时测定，本发明适用于高纯硼酸样品中痕量杂质元素的分析测定，具有检出限低，灵敏度高，线性范围广等优点，平均单个高纯硼酸样品处理时间不超过2小时。

说明书

技术领域

本发明涉及高纯硼酸中痕量杂质元素钠、镁、钙、铁、铅的分析测定技术，通过氢氟酸溶解加热蒸干去除硼酸基体，以王水提取可溶盐类，以超纯水定容后，以原子光谱测定待测元素含量。

背景技术

硼酸用途广泛，可用于玻璃、搪瓷、陶瓷、冶金、化工等各行业。在玻璃（光学玻璃、耐酸玻璃、耐热玻璃、绝缘材料用玻璃纤维）制造过程中添加硼酸，可以改善玻璃制品的耐热、透明性能，提高机械强度，缩短熔融时间。在搪瓷、陶瓷业中硼酸用以提高制品的光泽和坚牢度，同时也是釉药和颜料的成分之一。在冶金行业中用作生产硼钢中的添加剂、助溶剂，以使硼钢具有高硬度和良好的轧延性，可防止金属焊接、铜焊、套焊的表面氧化。在化学工业中用于生产各种硼酸盐类，如硼氢化钠、硼酸氢铵、硼氢化钾等，亦可用作分析化学试剂以配制缓冲溶液。

GB/T 628-2011《化学试剂 硼酸》中对于钙、铁、铅各元素限量均有要求，见下表、：

名称分析纯化学纯钙（Ca），w/%≤0.002≤0.01铁（Fe），w/%≤0.000 5≤0.002铅（Pb），w/%≤0.001≤0.003

并有相应的推荐测试方法，但各方法前处理步骤不尽相同，无法实现对多元素同时测定，处理步骤较为繁琐，且过程中需使用大量有机试剂甲醇。

因此，开发一种准确、高效并适用于高纯硼酸中痕量钠、镁、钙、铁、铅的分析测试工作的技术已成为当今分析工作者迫切需要解决的难题。

发明内容

 本发明的目的在于开发一种用于测定高纯硼酸中痕量杂质元素钠、镁、钙、铁、铅的分析方法，通过氢氟酸除硼、王水提取、原子吸收光谱与电感耦合等离子体光谱测定，以实现对高纯硼酸中痕量杂质元素的准确测定。

本发明实现了上述目的，具体工艺如下：

高纯硼酸中钠、镁、钙、铁、铅的测定方法，其特征在于测定步骤如下：

首先，将待测高纯硼酸样品聚四氟乙烯（PTFE）坩埚中；

第二步，往聚四氟乙烯坩埚中加入氢氟酸（HF）与盐酸（HCl），加入的氢氟酸（HF）与盐酸（HCl）的体积比为2：1；

第三步，将聚四氟乙烯坩埚进行第一次蒸干；

第四步，往第三步蒸干的聚四氟乙烯坩埚中加入与盐酸同体积的氢氟酸（HF），进行第二次蒸干，尽量去除硼酸基体；

第五步，往第四步蒸干的聚四氟乙烯坩埚中加入于盐酸同体积的王水（1+1）（即王水和水的体积比为1：1）、与氢氟酸同体积的超纯水，然后加热至沸腾，煮沸5min后取下待自然冷却；

第六步，将第五步冷却后的聚四氟乙烯坩埚中的物质用超纯水定容至25ml具塞比色管，摇匀待测；

第七步，利用原子吸收光谱仪（AAS）、电感耦合等离子体光谱仪（ICP-OES）对第六步得到的待测的物质进行测定。

所述聚四氟乙烯坩埚和25 mL具塞比色管使用前用体积比为5%硝酸浸置过夜，而后以超纯水洗涤。

所述氢氟酸与盐酸的纯度均为电子级（Metal-oxide-semiconductor，MOS级）。

所述超纯水符合GB6682-92《分析化学实验室用水的规格及试验方法》中三级水要求。

所述第一次蒸干、第二次蒸干、加热均是将聚四氟乙烯坩埚于控温电热板上操作。

所述第七步测定选用的仪器工作条件如下：

仪器：MKⅡ-M6型原子吸收光谱仪，钠空心阴极灯；

原子吸收光谱仪工作条件：自动寻峰模式，乙炔流量1.1 L/min；空气流量1.2 L/min；灯电流3 mA；

仪器：PE 5300V型电感耦合等离子体发射光谱仪；

电感耦合等离子体发射光谱仪工作条件：RF功率1300 W；冷却气15.0 L/min；雾化气流量0.8 L/min；辅助气流量0.2 L/min；进样流速：1.5 mL/min；冲洗流速：2.5 mL/min；分析线：Mg 285.213 nm、Ca 317.933 nm、Fe 238.204 nm、Pb 220.353 nm。

所述第七步测定所用的标准储备液和标准工作溶液为：

1.00 mg/mL的氧化钠标准储备液，1.00 mg/mL的氧化镁标准储备液，1.00 mg/mL的氧化钙标准储备液，1.00 mg/mL的三氧化二铁标准储备液，1.00 mg/mL的铅标准储备液；

由氧化镁标准储备液、氧化钙标准储备液、三氧化二铁标准储备液、铅标准储备液组合稀释配制得到100.00 μg/mL的混合元素标准储备液，其中介质为硝酸（5+95）（即浓硝酸和水的体积比为5：95）；

由混合元素标准储备液逐级稀释配制得到浓度分别为1.00、2.00、5.00、10.00 μg/mL的混合元素标准工作溶液，其中介质为硝酸（5+95）（即浓硝酸和水的体积比为5：95）；

由氧化钠标准储备液逐级稀释配制得到浓度分别为0.50、1.00、1.50、2.00、2.50 μg/mL的氧化钠标准工作溶液，介质水。

所述第七步的测定操作如下：

原子吸收光谱仪使用前，先将钠空心阴极灯预热15~30 min而后点火，待吸光度稳定后依次测定标准序列与样品溶液，样品溶液测定结果减去试剂空白后即为样品分析结果；

ICP-OES按设定的工作条件及选定的分析线，依次测定标准序列与样品溶液，样品溶液测定结果减去试剂空白后即为样品分析结果。

本发明优点如下：

1.使用氢氟酸代替甲醇除硼，可极大减少试剂用量，降低试剂空白，节省实验时间，同时也可避免实验过程中甲醇挥发对操作人员的影响；

2.去除硼酸基体以降低样品溶液粘度，消除样品溶液与标准工作溶液间的基体差异，同时减少对仪器进样系统的影响；

3. 原子吸收光谱仪与电感耦合等离子体发射光谱仪作为成熟的无机分析仪器，广泛应用于地质矿产、石油化工、环境监测等领域，具有抗干扰能力强，灵敏度高，线性范围宽等诸多优点。本发明中使用电感耦合等离子体发射光谱仪可实现对镁、钙、铁、铅的同时测定，使用原子吸收光谱仪可准确测定钠，各元素方法检出限均低于GB/T 628-2011《化学试剂 硼酸》要求，满足日常生产需要；

4.本发明操作步骤简捷，试剂消耗少，分析速度快，单件样品平均处理时间不超过2小时。   

附图说明

图1为本发明的实验流程示意图

具体实施方式

如图1所示，本发明提供的高纯硼酸中痕量杂质元素钠、镁、钙、铁、铅的测定方法，其步骤如下：

准确称取5.000 g待测高纯硼酸样品，倒入聚四氟乙烯（PTFE）坩埚中，加入10 mL氢氟酸（HF）与5 mL盐酸（HCl），于200 ℃控温电热板上蒸干；

加入5 mL HF再次蒸干以尽可量去除硼酸基体；

于聚四氟乙烯（PTFE）坩埚内加入1:1（v/v）新配王水5 mL、超纯水10 mL，于电热板上加热至沸，5 min后取下，待自然冷却后以超纯水定容至25 mL具塞比色管，摇匀待测；

所选用仪器工作条件如下：

仪器：MKⅡ-M6型原子吸收光谱仪（可采用火焰原子吸收光谱仪FAAS），钠空心阴极灯

原子吸收光谱仪（AAS）工作条件：自动寻峰模式，乙炔流量1.1 L/min；空气流量1.2 L/min；灯电流3 mA；

仪器：PE 5300V型电感耦合等离子体发射光谱仪

电感耦合等离子体发射光谱仪（ICP-OES）工作条件：RF功率1300 W；冷却气15.0 L/min；雾化气流量0.8 L/min；辅助气流量0.2 L/min；进样流速：1.5 mL/min；冲洗流速：2.5 mL/min；分析线：Mg 285.213 nm、Ca 317.933 nm、Fe 238.204 nm、Pb 220.353 nm。

标准系列的配制：

氧化钠标准储备液ρ（Na₂O）=1.00 mg/mL 称取1.8859 g经500~600 ℃灼烧2 h的高纯氯化钠，置于250 mL烧杯中，用水溶解，移入1000 mL容量瓶中，用水稀释至刻度，摇匀。

氧化镁标准储备液ρ（MgO） =1.00 mg/mL 迅速称取0.5000 g已于800 ℃灼烧的高纯氧化镁（MgO），置于250 mL烧杯中，加25 mL水，加20 mL（1+1）HCl，搅拌溶解，冷却后移入1000 mL容量瓶中，用水稀释至刻度，摇匀。

氧化钙标准储备液ρ（CaO） =1.00 mg/mL 称取0.8924 g经120 ℃烘干2 h的高纯碳酸钙（CaCO3），置于400 mL烧杯中，加10 mL水，在加盖表面皿后沿杯嘴慢慢加入30 mL（1+1）HCl，溶解后煮沸2 min，取下，用水冲洗表面皿和烧杯壁，冷却至室温，移入1000 mL容量瓶中，用水稀释至刻度，摇匀。

三氧化二铁标准储备液ρ（Fe₂O₃）=1.00 mg/mL 称取1.000 g光谱纯三氧化二铁（Fe₂O₃），置于250 mL烧杯中，加入20 mL HCl，低温加热溶解。冷却后移入1000 mL容量瓶中，加入30 mL HCl，用水稀释至刻度，摇匀。

铅标准储备液ρ（Pb） =1.00 mg/mL 称取1.000 g高纯铅[预先用（1+9）HNO₃洗净表面，然后分别用水和无水乙醇洗涤，风干后备用]，置于250 mL烧杯中，加入10 mL HNO₃，盖上表面皿。加热溶解完全后，移入1000 mL容量瓶中，用水稀释至刻度，摇匀。

混合元素标准储备液ρ（B）=100.00 μg/mL，由氧化镁、氧化钙、三氧化二铁、铅标准储备液组合稀释配制，介质硝酸（5+95）。

混合元素标准工作溶液ρ（B）=1.00、2.00、5.00、10.00 μg/mL，由混合元素标准储备液逐级稀释配制，介质硝酸（5+95）。

氧化钠标准工作溶液ρ（Na₂O）=0.50、1.00、1.50、2.00、2.50 μg/mL，由氧化钠标准储备液逐级稀释配制，介质水。

AAS使用前，先将钠空心阴极灯预热15~30 min而后点火，待吸光度稳定后依次测定标准序列与样品溶液，样品溶液测定结果减去试剂空白后即为样品分析结果。

ICP-OES按设定的工作条件及选定的分析线，依次测定标准序列与样品溶液，样品溶液测定结果减去试剂空白后即为样品分析结果。

运用本发明对成都某研究所高纯硼酸产品采样分析的过程如下：

参考待测生产流程样品中杂质估计含量确定取样量，以电子天平准确称取2.000~5.000 g样品，倒入PTFE坩埚中，加入15 mL HF HCl（2:1， v/v），于200 ℃控温电热板上蒸干，加入 5 mL HF再次蒸干，以新配王水5 mL、超纯水10 mL煮沸提取，冷却后定容至25 mL具塞比色管，摇匀待测。

使用AAS与ICP-OES按预先设定的工作条件，依次测定标准序列及样品溶液，所得结果减去试剂空白即为样品实测结果。该批样品分析结果如下：Ca 20.0~25.8 μg/g，Mg 1.59~58.4 μg/g，Fe 1.87~5.77 μg/g，Na 6.93~360 μg/g，Pb<1.00 μg/g。