CN101819107B

CN101819107B - 固体悬浮液分散剂及制备方法和固体悬浮液的制备方法

Info

Publication number: CN101819107B
Application number: CN2010101582764A
Authority: CN
Inventors: 成勇
Original assignee: Pangang Group Steel Vanadium and Titanium Co Ltd; Pangang Group Research Institute Co Ltd; Pangang Group Panzhihua Iron and Steel Research Institute Co Ltd
Current assignee: Pangang Group Steel Vanadium and Titanium Co Ltd; Pangang Group Research Institute Co Ltd; Pangang Group Panzhihua Iron and Steel Research Institute Co Ltd
Priority date: 2010-04-28
Filing date: 2010-04-28
Publication date: 2011-12-28
Anticipated expiration: 2030-04-28
Also published as: CN101819107A

Abstract

本发明公开了一种固体悬浮液分散剂及制备方法和固体悬浮液的制备方法，该分散剂是分别由琼脂、乙醇和水按照一定比例组合而成的混合液体；制备方法包括以下步骤：称取适量琼脂于容器中，加水在室温或不高于40℃的温度下经超声波振荡溶解澄清，以乙醇稀释定容，然后超声波振荡数分钟；固体悬浮液的制备方法为：称取二氧化钛、五氧化二钒、氧化铁红或其它待测样品于容器中，加入琼脂乙醇混合分散剂，以水定容，超声波振荡即得到待测样品的固体悬浮液；检测方法包括采用石墨炉原子吸收光谱法、火焰原子吸收光谱法、或电感耦合等离子体原子发射光谱法等仪器对制得的固体悬浮液直接进行测定分析，从而得到样品中元素的含量。

Description

固体悬浮液分散剂及制备方法和固体悬浮液的制备方法

技术领域

本发明涉及一种固体样品检测技术，尤其涉及一种固体悬浮液分散剂及制备方法和固体悬浮液的制备方法。

背景技术

在进行元素检测分析时，一般采用高温熔融反应或湿法化学消解等方式，首先将样品处理成为澄清、透明的溶液后再进行测定，不仅操作繁杂、检验流程长，而且经常遇到样品难消解、或消解过程中待测元素易损失、沾污、空白增加等难题。因此，省去样品消解步骤的悬浮液固体进样检测技术得以快速发展和流行，包括用于测定难消解的TiO₂等样品中Hg、Pb、Cd、As等挥发性元素或其它元素的也有文献报道。

悬浮液固体进样测定技术是通过选用合适的分散剂，改善样品粉体间的相互作用力，抑制粉体的团聚，使样品均匀地分布于其中形成稳定的固体悬浮液，然后用分析仪器直接进行测定，关键是制备分散剂和固体悬浮液。

目前使用的固体悬浮液分散剂主要有琼脂水溶液、乙二醇、丙酮、聚丙烯酸胺、乙醇等有机溶剂，以及无机盐类等。直接以乙醇、乙二醇、丙酮、聚丙烯酸胺等有机试剂或与水的混合物作为分散剂制备的固体悬浮液流动性较好，但分散效果逊于琼脂，可均匀、稳定保存时间在30分钟左右。大用量的有机试剂对人员及环境影响大，测定干扰也多。

六偏磷酸钠或硅酸钠由于引入了碱金属钠离子以及试剂本底空白较高等不利因素，干扰影响后续的仪器分析测定，应用相对较少。

将琼脂溶解于水中所配制的琼脂-水溶液分散剂，分散效果较好，应用最多，技术特点也与本发明最为相近。但琼脂水溶液分散剂存在如下缺点：①琼脂水溶液易腐烂变质、变浑变臭，保存时间很短，尤其夏天，通常需要现用现配。②琼脂用量少则分散效果差，悬浮液不均匀、不稳定；用量多则悬浮液粘稠度大，流动性差，影响仪器进样传输效率，对测定基体效应干扰严重。现在只能折衷选择用量，在分散效果与测定干扰之间寻求平衡。③制备的固体悬浮液一般仅稳定1-2小时。

为满足检测高纯V₂O₅、氧化铁红、医用和食品级高档TiO₂及其它待测粉末样品中Hg、Pb、Cd、As等具有挥发特性的元素或其它杂质的需求，需要寻找解决上述检测难题的新方法。

发明内容

本发明是在原来琼脂-水溶液分散剂的基础之上，开发的一种全新组成和配比的琼脂乙醇混合固体悬浮液分散剂，通过创新性地添入乙醇，优选琼脂浓度、乙醇和水的比例关系，并以适当方式配制，充分发挥并增强了琼脂水溶液分散剂的分散效果和性能，同时彻底消除了原有技术缺陷。

本发明的目的之一在于提供一种用于固体样品检测的固体悬浮液分散剂，其特征在于所述固体悬浮液分散剂是包含琼脂，水和乙醇的混合溶液；其中，琼脂的质量体积百分比浓度为0.05～0.1％，水的体积百分比浓度为5～15％，乙醇的体积百分比浓度为85～95％。

本发明还提供了一种用于固体样品检测的固体悬浮液分散剂的制备方法，该方法是按0.05～0.1％的质量体积百分比浓度称取琼脂于容器中，按5％～15％的体积百分比浓度加入冷水在室温条件下进行超声波振荡溶解澄清，按85％～95％的体积百分比浓度加入乙醇稀释进行定容后再进行超声波振荡。

本发明的另一目的在于提供一种快速、高效地制备流动性好、稳定时间长的含有分散剂的样品固体悬浮液的制备方法，包括以下步骤：

a、配制分散剂：按0.05～0.1％的质量体积百分比浓度称取琼脂于容器中，按5％～15％的体积百分比浓度加入冷水在室温条件下进行超声波振荡溶解澄清，按85％～95％的体积百分比浓度加入乙醇稀释进行定容后再进行超声波振荡1～3分钟；也即在每配制100mL分散剂中加入了0.05g～0.1g琼脂、5mL～15mL水以及85mL～95mL乙醇。

b、混合：以0.1～0.5g待测样品计，加入5～15mL分散剂，加入水定容，定容体积为25～50mL；

c、超声波震荡：将混合后的混合液体在室温或温度小于等于40℃的环境下进行超声波振荡5-20分钟；

d、制得样品固体悬浮液。

其中所述的样品包括二氧化钛、五氧化二钒、三氧化二铁或其它种类的粉未状待测样品。

同时，本发明还提供了用于样品固体悬浮液的检测方法，可用于检测所制备的二氧化钛、五氧化二钒、三氧化二铁以及其它样品的固体悬浮液中元素含量。

按照本发明配制的固体悬浮液分散剂以及制备的样品固体悬浮液，可分别或同时采用石墨炉原子吸收光谱法(GF-AAS)、火焰原子吸收光谱法(F-AAS)、或电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)等分析方法直接进行测定，从而得到样品中挥发性的Hg、As、Cd、Pb等元素或者其它杂质的含量。

具体实施方式

下面结合本发明的组成原理以及实施例对本发明的固体悬浮液分散剂及制备方法，以及固体悬浮液的制备方法进行进一步的描述。

本发明的琼脂、乙醇、水分散剂是在现用琼脂-水溶液固体悬浮液分散剂的基础之上改进而来。通过创新性地添加乙醇，优化琼脂浓度以及乙醇和水的比例关系，并以适当方式配制而成。

通过引入乙醇，虽然降低琼脂的浓度和用量仅为原来的50％～70％，但由于乙醇也具有分散性能，分散效果不降反升。结合超声波振荡制备的固体悬浮液，由于琼脂用量的下降和乙醇的润滑作用，粘稠度和表面张力大大降低，流动性增强，提高了仪器测定时传输进样效率，使基体效应减小。而且，悬浮液稳定保存时间大大延长，8小时内无明显变化，为测定提供充足时间。

乙醇同时起到了消毒剂的作用，抑制细菌生长，防止琼脂溶液腐烂变质，分散剂无需低温冷藏，在夏天自然存放也不会腐败变质，能够完好、稳定地保存至少1年以上，时间大大延长，解决了原来琼脂类分散剂易腐烂变质、变浑变臭、仅能保存数天的缺陷。

乙醇具有挥发特性，在GF-AAS测定时干燥阶段即可挥发除去，对后续测定不产生干扰影响；乙醇具有可燃烧性，在F-AAS和ICP-AES测定时对某些元素还有增敏作用。

因此，本发明适用性广泛，可用于制备V₂O₅、氧化铁红、TiO₂、三氧化二铁等样品的固体悬浮液，适用于多种仪器的检测，可用于测定Hg、Pb、Cd、As等挥发性元素或其它杂质。

本发明的具体实施例中样品选用V₂O₅、TiO₂、氧化铁红，但不局限于此，发明也可推广应用于制备其它种类的粉末样品。所采用的固体悬浮液分散剂配制容器为容量瓶，固体悬浮液制备容器为比色管，但不局限于此。混合分散剂中不含任何腐蚀性化学物质也无需加热，故可以使用任何其它合适的容器。

琼脂为BR级营养琼脂、CP或AR级化学用琼脂，以及待测元素空白本底符合检测要求的其它类型琼脂；乙醇的质量百分比浓度大于或等于99％。但本发明不限于此，例如可使用浓度小于99％的乙醇。

在固体悬浮液分散剂的组成中，琼脂的质量体积百分比浓度为0.05～0.1％，水的体积百分比浓度为15％～5％，乙醇的体积百分比浓度为85％～95％；也即在每100mL分散剂中含有0.05g～0.1g琼脂、5mL～15mL水以及95mL～85mL乙醇。需要说明的是，此处并非质量百分比，三种组份的总和无须一定要达到100％，但水与乙醇的比例总和为100％。

分散试剂的配制过程是先称取琼脂于容器中，加入冷水后在室温或小于等于40℃以下温度用超声波振荡器振荡溶解澄清，加入乙醇稀释定容，然后进行超声波振荡1～3分钟。

琼脂-乙醇混合分散试剂的加入量根据待测样品的质量确定，如对于质量为0.1g～0.5g的TiO₂样品，加入5mL～15mL分散剂，然后加入水稀释定容，定容体积为25mL～50mL；将混合后的混合液体在温度小于或等于40℃的环境下进行超声波振荡5-20分钟，即得到样品固体悬浮液。

这里，如果混合分散剂的用量太小，则样品固体悬浮液分布不均匀，稳定保存的时间缩短；如果混合分散剂的用量太大，则样品固体悬浮液的粘稠度增大，流动性变差，不利于传输进样导入检测仪器，而且增加基体效应的影响。所以选择混合分散剂的加入量为5mL～15mL。

本实施方式在超声波振荡制备结束后，得到的样品固体悬浮液可直接使用GF-AAS法对待测元素Hg、As、Cd、Pb进行测定。但不局限于此，也可对其他感兴趣的元素进行测定，还可选用ICP-AES、F-AAS等各种现代精密分析仪器对固体悬浮液进行各种元素检测。

下面描述本发明进行的V₂O₅、TiO₂、氧化铁红的样品固体悬浮液制备和检测的具体实施例。

如下实施例中所使用的均是SK7200LHC型超声波振荡器；琼脂为BR级营养琼脂、CP或AR级化学用琼脂；超纯水，分析纯级别乙醇的质量百分比溶液为大于或等于99％。GF-AAS为岛津公司AA6800型原子吸收光谱仪。但不局限于此，也可使用其他型号的超声波振荡器，以及待测元素空白本底较低的包括工业琼脂在内的所有类型琼脂。

实施例1

用于固体进样元素检测技术的固体悬浮液分散剂的配比为：BR级营养琼脂的质量体积百分比浓度0.05％，水的体积百分比浓度15％，乙醇的体积百分比浓度85％，采用浓度为99％的乙醇。具体配制过程：称取0.05g琼脂于100mL容量瓶中，加入15mL水超声波振荡器振荡溶解澄清，加入乙醇85mL定容后用超声波振荡1分钟。

实施例2

用于固体进样元素检测技术的固体悬浮液分散剂的配比为：BR级营养琼脂的质量体积百分比浓度0.1％，水的体积百分比浓度5％，乙醇的体积百分比浓度95％。采用浓度为99.5％的乙醇。具体配制过程：称取0.1g琼脂于100mL容量瓶中，加入5mL水超声波振荡器振荡溶解澄清，加入乙醇95mL定容后用超声波振荡3分钟。

实施例3

制备固体悬浮液，采用如下步骤：

a、配制分散剂：所述分散剂配比为：BR级营养琼脂的质量体积比浓度0.05％，水的体积百分比浓度5％，乙醇的体积百分比浓度95％，采用浓度为99.5％的乙醇；

b、混合：称取0.1000g品位≥99.99％的高纯TiO2样品(天津市北联精细化学品开发有限公司)(下文称作1号样品)，取5mL琼脂乙醇固体悬浮液分散剂，加水定容25mL；

c、超声波振荡：将上述混合液体在室温或40℃以下，超声波振荡10分钟；

d、制得样品固体悬浮液。

实施例4

制备固体悬浮液，采用如下步骤：

a、配制分散剂：所述分散剂配比为：BR级营养琼脂的质量体积百分比浓度0.1％，水的体积百分比浓度15％，乙醇的体积百分比浓度85％，采用浓度为99％的乙醇；

b、混合：称取0.5000g品位≥99.99％的高纯TiO2样品(上海化学试剂一厂)(下文称作2号样品)，取15mL琼脂乙醇分散剂，加水定容50mL；

c、超声波震荡：将混合后的混合液体在40℃下，进行超声波振荡20分钟；

d、制得样品固体悬浮液。

实施例5

制备固体悬浮液：

a、配制分散剂：所述分散剂配比为：CP级化学用琼脂的质量体积百分比浓度0.07％，水的体积百分比浓度10％，乙醇的体积百分比浓度90％；

b、混合：称取0.1500g TiO2样品(攀钢集团生产锐钛型钛白粉)(下文称作3号样品)，取10mL琼脂乙醇分散剂，加水定容25mL；

c、超声波震荡：将混合后的混合液体在40℃下，进行超声波振荡10分钟；

d、制得样品固体悬浮液。

实施例6

制备固体悬浮液：

a、配制分散剂：所述分散剂配比为：AR级化学用琼脂的质量体积百分比浓度0.1％，水的体积百分比浓度10％，乙醇的体积百分比浓度90％；

b、混合：称取0.3000g TiO2样品(攀钢集团生产金红石型钛白粉)(下文称作4号样品)，取12mL琼脂乙醇分散剂，加水定容50mL；

c、超声波震荡：将混合后的混合液体在常温下超声波振荡15分钟；

d、制得样品固体悬浮液。

实施例7

制备固体悬浮液的方法，采用如下步骤：

a、配制分散剂：所述分散剂配比为：BR级营养琼脂的质量体积百分比浓度0.05％，水的体积百分比浓度5％，乙醇的体积百分比浓度95％；

b、混合：称取0.1000g品位≥99.99％的高纯V2O5样品(上海试剂一厂)(下文称作5号样品)，取5mL琼脂乙醇分散剂，加水定容25mL；

c、超声波震荡：将混合后的混合液体在40℃下进行超声波振荡10分钟；

d、制得样品固体悬浮液。

实施例8

制备固体悬浮液的方法，采用如下步骤：

a、配制分散剂：所述分散剂配比为：CP级化学用琼脂的质量体积百分比浓度0.06％，水的体积百分比浓度10％，乙醇的体积百分比浓度90％；

b、混合：称取0.2000g V2O5样品(攀钢集团生产)(下文称作6号样品)，取8mL琼脂乙醇分散剂，加水定容25mL；

d、制得样品固体悬浮液。

实施例9

制备固体悬浮液的方法，采用如下步骤：

a、配制分散剂：所述分散剂配比为：AR级化学用琼脂的质量体积百分比浓度0.08％，水的体积百分比浓度10％，乙醇的体积百分比浓度90％；

b、混合：称取0.3500g V2O5样品(攀钢集团生产)(下文称作7号样品)，取12mL琼脂乙醇分散剂，加水定容50mL；

c、超声波震荡：将混合后的混合液体在40℃下进行超声波振荡15分钟；

d、制得样品固体悬浮液。

实施例10

制备固体悬浮液的方法，采用如下步骤：

a、配制分散剂：所述分散剂配比为：BR级营养琼脂的质量体积百分比浓度0.1％，水的体积百分比浓度10％，乙醇的体积百分比浓度90％；

b、混合：称取0.5000g TiO2样品(攀钢集团生产)(下文称作8号样品)，取15mL琼脂乙醇分散剂，加水定容50mL；

c、超声波震荡：将混合后的混合液体在40℃下进行超声波振荡20分钟；

d、制得样品固体悬浮液。11111

实施例11

制备固体悬浮液的方法，采用如下步骤：

a、配制分散剂：所述分散剂配比为：BR级营养琼脂的质量体积百分比浓度0.1％，水的体积百分比浓度15％，乙醇的体积百分比浓度85％；

b、混合：称取0.1000g Fe2O3样品(攀钢集团生产)(下文称作9号样品)，取10mL琼脂乙醇分散剂，加水定容25mL；

d、制得样品固体悬浮液。

通过实施例3-11，有目的地选择了多个不同产地、类别、品质的Fe₂O₃、TiO₂和V₂O₅样品，通过Fe₂O₃、TiO₂、V₂O₅样品固体悬浮液的实际制备情况来验证本发明效果。

本发明所配制的琼脂乙醇混合分散剂流动性强，分散效果良好，并且在自然条件下保存时间在1年以上，所制备固体悬浮液均匀、稳定、保存时间较长、8个小时内悬浮液无明显沉降、分层等现象；整个制备过程操作简便，无加热升温步骤，不存在具有易挥发性的待测元素损失的操作环节；固体悬浮液流动性好、粘度小，不影响仪器测定的样品导入效率；琼脂用量少，无其它复杂化学物质，对测定干扰影响小。本发明的琼脂乙醇混合分散剂用于制备Fe₂O₃、TiO₂和V₂O₅样品固体悬浮液效果一致，并无差异，表明本发明具有良好而广泛的适用性，也可推广应用于制备其它种类粉未样品的悬浮液。

实施例12

分散剂与样品固体悬浮液制备的精密度试验。

以测定难度大、挥发性强的Hg元素为例，将实施例5和实施例6中的每个实施例分别独立地执行8次。对上述每个实施例的8次测定结果进行统计处理，根据相对标准偏差来评价本发明的精密度。测定结果见表1。

表1精密度试验

从表1可见：相对标准偏差(RSD)均小于3.1％，远远优于通常对痕量元素检测精度水平10％-30％的性能指标要求。表明本发明的琼脂乙醇分散剂的性能稳定、可靠，制备固体悬浮液分散均匀、稳定，易于操作掌握、控制精度高、干扰影响因素少等特点，确保了本发明实际应用效果良好，具有优良精密度，重现性好，完全满足了样品中痕量有害元素测定的需要。

实施例13

分散剂与样品固体悬浮液制备的回收率试验。

以测定待测元素As为例，以实施例9(五氧化二钒)、实施例10(二氧化钛)、实施例11(三氧化二铁)，加入一定量的As标准物质后按照与其对应的实施例进行悬浮液制备和检测，分别检测加入标准物质之前的浓度和加入标准物质之后的浓度，通过计算As元素的回收率来评价本发明的准确性。表2给出了具体试验结果。

表2As元素加标回收率试验(单位：ug)

试样	加标前测得值ug	加入量ug	加标后测得值ug	回收率％
					7号	0.44	2.0	2.62	109.0
8号	0.51	3.0	3.3.	93.0
					9号	0.45	4.0	4.41	99.0

从表2可知，根据本发明的方法的回收率在89.95％～110.0％之间，表明所加入的标准物质完全被准确回收了，在悬浮液制备和检测过程中，对易挥发性元素无损失无沾污，分析结果具有较高的准确性和可靠性。

实施例14

本发明的样品元素分析结果与其它方法的对照试验。

为评价本发明在元素检测分析中的实际效果，以待测元素Pb、Cd为例，分别对同一个二氧化钛、五氧化二钒以及氧化铁红样品进行了测定结果的对照试验，将本发明的测定结果与采用微波密闭消解-ICP-MS分析方法的测定结果进行对照，见表3。

表3分析结果对照试验表(单位：％)

从表3可见：本发明方法的测定结果与其它相关方法相对照，测定结果较为一致，表明了本发明的方法准确可靠。

Claims

1.一种用于样品元素检测的固体悬浮液分散剂，其特征在于所述分散剂由琼脂，水和乙醇组成；其中，琼脂的质量体积百分比浓度为0.05～0.1％，水的体积百分比浓度为5～15％，乙醇的体积百分比浓度为85～95％；

其中，所述样品为二氧化钛、五氧化二钒或三氧化二铁。

2.根据权利要求1所述的固体悬浮液分散剂，其特征在于所述分散剂的配比为：琼脂的质量体积百分比浓度为0.06～0.08％，水的体积百分比浓度为8～10％，乙醇的体积百分比浓度为90～92％。

3.根据权利要求1所述的固体悬浮液分散剂，其特征在于所述琼脂为包括BR级营养琼脂、CP或AR级化学用琼脂等在内的各种类型琼脂，乙醇浓度大于或等于99％。

4.一种权利要求1所述的固体悬浮液分散剂的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

按0.05～0.1％质量体积百分比的浓度称取琼脂于容器中，按5％～15％的体积百分比的浓度加入冷水在室温条件下进行超声波振荡溶解澄清，按85％～95％的体积百分比浓度加入乙醇稀释进行定容后再用超声波振荡1～3分钟。

5.根据权利要求4所述的固体悬浮液分散剂的制备方法，其特征在于整个制备过程是在室温条件下进行。

6.一种含有权利要求1所述分散剂的样品固体悬浮液的制备方法，其特征在于包括如下步骤：

a、配制分散剂：按照权利要求1-5中任何一个权利要求所述的配比或方法配制含琼脂、水及乙醇的分散剂；

b、混合：以0.1～0.5g待测样品计，加入5～15mL步骤a所述分散剂，加入水定容，定容体积为25～50mL；所述待测样品为二氧化钛、五氧化二钒或三氧化二铁；

c、超声波振荡：将混合后的混合液体在温度小于或等于40℃的环境下进行超声波振荡5-20分钟；

d、制得样品固体悬浮液。