CN104132933A - 一种测定碳化硅耐火材料中游离铝含量的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种测定碳化硅耐火材料中游离铝含量的方法，包括前处理、标准溶液配制、测定步骤，具体是用硫酸铁溶液溶解试样，使试样中的游离铝与三价铁离子发生置换反应，分离沉淀后，加入硝酸酸化，得待测试样液。本发明方法溶解样品后，即可直接测定碳化硅耐火材料中游离铝含量，不仅操作方便，而且测定的游离铝含量准确率高，其测定结果有良好的稳定性、重现性和准确性，完全能满足日常测定碳化硅耐火材料中游离铝含量的需要。

Description

一种测定碳化硅耐火材料中游离铝含量的方法

技术领域

本发明属于化学检测技术领域，具体涉及一种测定碳化硅耐火材料中游离铝含量的方法。

背景技术

碳化硅耐火材料中游离铝含量的测定，目前采用的是：1）气体容量法；2）铁盐置换EDTA容量法，该方法不仅操作烦琐，分析、测定流程长，而且要消耗大量的化学试剂，既污染环境、危害操作人员的身体健康，又增加分析测试成本。而用电感耦合等离子体原子发射光谱法，该方法只需将样品溶解后，就能对样品中的游离铝进行测定，省时又省力，且无需消耗大量化学试剂，能够减少对环境的污染，保护操作人员的身体健康，但却因测定难度较大，而难于推广应用。因此，寻求一种行之有效的方法，来测定碳化硅耐火材料中游离铝含量，是分析测试行业急需解决的重要课题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种测定碳化硅耐火材料中游离铝含量的方法。

本发明的目的是这样实现的，包括前处理、标准溶液配制、测定步骤，具体包括：

A、前处理：

1）取碳化硅耐火材料待测试样，按100~150ml/g试样加入硫酸铁溶液，盖上表面皿，于90~110℃水浴上搅拌浸煮1~1.5h得到溶液a，冷却，过滤，滤液中按20~25mg/g试样加入浓硝酸，于100~110℃下煮沸1~3min，冷却至室温，加入蒸馏水或二次去离子水稀释滤液至0..02g/ml得到溶液b；

2）移取溶液b，加入体积比0.4~0.6倍的浓硝酸，冷却至室温，加入蒸馏水或二次去离子水稀释至0.0004g/ml得到待测试样液；

B、标准溶液配制：

1）按A步骤试样液的制备方法制备7份空白试样液并分别移入50ml容量瓶中；

2）精密称取0.5000g纯度大于99.9%的纯铝，用30ml 的200g/L氢氧化钠溶液于80~90℃水浴20~30min得到溶液c，在溶液c中加入体积比0.2~0.4倍的浓硝酸，于80~90℃加热煮沸3~5min直至溶液透明，冷却至室温，加入蒸馏水或二次去离子水稀释得到1.0mg/ml的溶液d，移取溶液d，加入体积比0.2~0.4倍的浓硝酸，加入蒸馏水或二次去离子水稀释得到10μg/ml的铝标准储备液；

3）在前述的7份空白试样液的容量瓶中分别加入0ml、1.00ml、2.00ml、5.00ml、10.00ml、15.00ml和20.00ml的铝标准储备溶液，分别加入5ml硝酸溶液，加入蒸馏水或二次去离子水定容得到锰标准溶液；

C、测定：利用等离子体原子发射光谱法进行测定。

本发明采用，常规的电感耦合等离子体原子发射光谱法测定试样液的谱线强度，根据该谱线强度在游离铝的标准工作曲线中得到对应游离铝含量值，不仅操作方便，而且测定的游离铝含量准确率高，其测定结果有良好的稳定性、重现性和准确性，试验证明本发明方法可靠、实用，能满足日常测定碳化硅耐火材料中游离铝含量的需要。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的说明，但不以任何方式对本发明加以限制，基于本发明教导所作的任何变换或替换，均属于本发明的保护范围。

本发明所述测定碳化硅耐火材料中游离铝含量的方法，包括前处理、标准溶液配制、测定步骤，具体包括：

A、前处理：

1）取碳化硅耐火材料待测试样，按100~150ml/g试样加入硫酸铁溶液，盖上表面皿，于90~110℃水浴上搅拌浸煮1~1.5h得到溶液a，冷却，过滤，滤液中按20~25mg/g试样加入浓硝酸，于100~110℃下煮沸1~3min，冷却至室温，加入蒸馏水或二次去离子水稀释滤液至0..02g/ml得到溶液b；

2）移取溶液b，加入体积比0.4~0.6倍的浓硝酸，冷却至室温，加入蒸馏水或二次去离子水稀释至0.0004g/ml得到待测试样液；

B、标准溶液配制：

1）按A步骤试样液的制备方法制备7份空白试样液并分别移入50ml容量瓶中；

2）精密称取0.5000g纯度大于99.9%的纯铝，用30ml 的200g/L氢氧化钠溶液于80~90℃水浴20~30min得到溶液c，在溶液c中加入体积比0.2~0.4倍的浓硝酸，于80~90℃加热煮沸3~5min直至溶液透明，冷却至室温，加入蒸馏水或二次去离子水稀释得到1.0mg/ml的溶液d，移取溶液d，加入体积比0.2~0.4倍的浓硝酸，加入蒸馏水或二次去离子水稀释得到10μg/ml的铝标准储备液；

3）在前述的7份空白试样液的容量瓶中分别加入0ml、1.00ml、2.00ml、5.00ml、10.00ml、15.00ml和20.00ml的铝标准储备溶液，分别加入5ml硝酸溶液，加入蒸馏水或二次去离子水定容得到锰标准溶液；

C、测定：利用等离子体原子发射光谱法进行测定。

所述的浓硝酸浓度为 60~80%。

A步骤中所述的硫酸铁溶液浓度为40~60g/L。

所述的硫酸铁溶液是称取50g硫酸铁溶入200ml水中，加入20ml的98%硫酸（即市售的分析纯硫酸），于100~ 110℃加热8~10min至溶解，冷却，用蒸馏水或二次去离子水稀释至1000ml得到。

A步骤中所述的搅拌为没10~20min搅拌一次。

B步骤中所述的空白试样液是取75ml硫酸铁溶液，于 100℃水浴浸煮1~2h，每15min搅拌1次，过滤，滤液中加入浓硝酸12.5ml，于110℃下加热煮沸3min，冷却，稀释至250ml，移取10ml，加入5ml浓硝酸，冷却，稀释至50ml得到。

C步骤中所述的测定是将等离子体原子发射光谱仪开机预热半小时，开启循环水泵，建立测量方法，开启抽风设备，等待光谱仪的电子照相机、发生器、光室温度达到点火温度时，就把仪器点火，等待20分钟后，建立铝元素工作曲线，进行分析测定工作。   

所述的等离子体原子发射光谱的仪器工作参数为：设备功率1200W、雾化压力26.00psi、辅助气流量0.5L/min、载气流量0.45 L/min、泵速50rpm、积分时间15s。

所述测定元素铝的谱线位置为309.271nm，级数为109。

本发明通过以下技术方案实现：一种碳化硅耐火材料中游离铝含量的测定方法，包括用常规的电感耦合等离子体原子发射光谱法测定试样液的谱线强度，根据该谱线强度在游离铝的标准工作曲线中得到对应游离铝含量值的步骤，其特征在于试样液经过下列步骤制得：

Ａ、按100～150mL／g试样的量，在碳化硅耐火材料试样中加入硫酸铁溶液，该硫酸铁溶液的浓度为50g/L，盖上表面皿，于100℃水浴上浸煮1～1.5h，每15min搅拌1次，得溶解液；

Ｂ、冷却步骤A的溶解液，用中速定量滤纸过滤，滤液收集在烧杯中。按20～25mL／g试样的量，向滤液中加入市售的分析纯硝酸，在100～110℃下加热煮沸1～3min，冷却至室温，用水稀释滤液至0.002g／mL，得溶解液；

C、移取10.00mL步骤B的溶解液，加入5mL市售的分析纯硝酸，冷却至室温，用水稀释溶解液至0.0004g／mL，得待测试样液。

所述步骤A的硫酸铁溶液是这样配制的：称取50g硫酸铁溶入200mL水中，加入20mL市售的分析纯硫酸，搅拌稍微加热至全部溶解，冷却，用水稀释至1000mL，混匀。

所述硫酸铁、硝酸均为市售的分析纯产品。

本发明与现有技术相比具有下列优点和效果：采用上述方案制成待测试样液后，即可用现有技术中的电感耦合等离子体原子发射光谱法，直接测定出碳化硅耐火材料中游离铝含量，不仅操作方便，而且测定的游离铝含量准确率高，其测定结果有良好的稳定性、重现性和准确性，试验证明本发明方法可靠、实用，能满足日常测定碳化硅耐火材料中游离铝含量的需要。

实施例１

按常规制备铝标准溶液：

1、铝标准液的制备：

1A、在0.5000g市售的金属铝（99.99％）中按60mL/g金属铝，加入浓度为200g/L氢氧化钠溶液30 mL，水浴加热溶解得溶解液；

1B、在步骤1A的溶解液中加入市售的分析纯硝酸使溶液呈酸性后再过量10mL，加热煮沸使溶液透明，冷却至室温，加水稀释成1.0mg /mL的铝溶液，得铝标准液；

1C、移取步骤1B的铝标准溶液，加入市售的分析纯硝酸5mL，用水稀释成10μg/mL的铝标准溶液。

2、铝标准工作溶液的制备：

2A、分别移取步骤1C制得的0.00 mL、1.00 mL、2.00 mL、5.00 mL、10.00 mL、15.00 mL、20.00 mL铝标准溶液（质量分数分别为0.00％、0.050％、0.10％、0.25％、0.50％、0.75％、1.00％），分别置于7个50mL容量瓶中，分别加入5mL硝酸溶液，用水稀释至刻度，混匀，分别得到七份50 mL弱酸性铝的标准溶液，硝酸溶液中市售分析纯硝酸与水的体积比为1︰1；

2Ｂ、用现有技术中的常规电感耦合等离子体原子发射光谱法，分别测定步骤2Ａ的七份标准溶液中铝谱线强度，测定工作条件见表1，标准溶液中的元素铝的波长及级数见表2；

表1  仪器工作条件

功率（W）	雾化压力（psi）	辅助气流量(L/min)	载气流量(L/min)	泵速 (rpm)	积分时间(s)
						1200	26.00	0.5	0.45	50	15

表２  待测元素波长及级数

元素	波长（nm）	级
			Al	309.271	109

2C、分别以2A中所列铝标准溶液的质量分数为横坐标，步骤2B所得标准溶液中铝谱线强度为纵坐标，绘制出铝的标准工作曲线。

实施例2

待测碳化硅耐火材料中游离铝的测定：

1、待测碳化硅耐火材料试样液的制备：

1Ａ、按100mL／g试样的量，在0.5000g碳化硅耐火材料试样中加入硫酸铁溶液50 mL，该硫酸铁溶液的浓度为50g/L，盖上表面皿，于100℃水浴上浸煮1h，每15min搅拌1次，得溶解液；

1Ｂ、冷却步骤1A的溶解液，用中速定量滤纸过滤，滤液收集在烧杯中。按20mL／g试样的量，向滤液中加入市售的分析纯硝酸10 mL，在100℃下加热煮沸1min，冷却至室温，用水稀释滤液至250mL，得溶解液；

1C、移取10.00mL步骤1B的溶解液，加入5mL市售的分析纯硝酸，冷却至室温，用水稀释溶解液至50mL，得待测试样液；

2、碳化硅耐火材料中游离铝的测定：

2A、在与实施例1步骤2B完全相同的工作条件下，测定本实施例步骤1C所得待测试样液的谱线强度，根据所测得的谱线强度，在实施例1步骤2C的工作曲线上，获得该碳化硅耐火材料试样中游离铝含量为：0.76%。

实施例3

待测碳化硅耐火材料中游离铝的测定：

1、待测碳化硅耐火材料试样液的制备：

1Ａ、按150mL／g试样的量，在0.5000g碳化硅耐火材料试样中加入硫酸铁溶液75 mL，该硫酸铁溶液的浓度为50g/L，盖上表面皿，于100℃水浴上浸煮1.5h，每15min搅拌1次，得溶解液；

1Ｂ、冷却步骤1A的溶解液，用中速定量滤纸过滤，滤液收集在烧杯中。按25mL／g试样的量，向滤液中加入市售的分析纯硝酸12.5mL，在110℃下加热煮沸3min，冷却至室温，用水稀释滤液至250mL，得溶解液；

1C、移取10.00mL步骤1B的溶解液，加入5mL市售的分析纯硝酸，冷却至室温，用水稀释溶解液至50mL，得待测试样液；

2、碳化硅耐火材料中游离铝的测定：

2A、在与实施例1步骤2B完全相同的工作条件下，测定本实施例步骤1C所得待测试样液的谱线强度，根据所测得的谱线强度，在实施例1步骤2C的工作曲线上，获得该碳化硅耐火材料试样中游离铝含量为：0.76%。

实施例4

待测碳化硅耐火材料中游离铝的测定：

1、待测碳化硅耐火材料试样液的制备：

1Ａ、按125mL／g试样的量，在0.5000g碳化硅耐火材料试样中加入硫酸铁溶液62.5mL，该硫酸铁溶液的浓度为50g/L，盖上表面皿，于100℃水浴上浸煮1.25h，每15min搅拌1次，得溶解液；

1Ｂ、冷却步骤1A的溶解液，用中速定量滤纸过滤，滤液收集在烧杯中。按22.5mL／g试样的量，向滤液中加入市售的分析纯硝酸11.3 mL，在105℃下加热煮沸2min，冷却至室温，用水稀释滤液至250mL，得溶解液；

1C、移取10.00mL步骤1B的溶解液，加入5mL市售的分析纯硝酸，冷却至室温，用水稀释溶解液至50mL，得待测试样液；

2、碳化硅耐火材料中游离铝的测定：

2A、在与实施例1步骤2B完全相同的工作条件下，测定本实施例步骤1C所得待测试样液的谱线强度，根据所测得的谱线强度，在实施例1步骤2C的工作曲线上，获得该碳化硅耐火材料试样中游离铝含量为：0.76%。

试验例1

——本发明所述检测方法的精密度、准确度、回收率实验

（1）精密度实验

 实验方法：选择5个碳化硅试样，分别按本发明所述的检测方法进行游离铝含量测定，计算相对标准偏差，实验结果见表1。

表1 本发明所述检测方法的精密度实验结果

试样	测定值（%）	平均值（%）	相对标准偏差RSD
				碳化硅试样1	0.771，0.739，0.776，0.754，0.750	0.758	2.18
碳化硅试样2	0.432，0.458，0.451，0.458，0.441	0.448	2.94
				碳化硅试样3	1.172，1.178，1.150，1.177，1.163	1.168	1.13
碳化硅试样4	0.636，0.628，0.604，0.621，0.622	0.622	2.42
				碳化硅试样5	0.752，0.761，0.743，0.787，0.768	0.762	2.55

（2）准确度实验

实验方法：选择2个碳化硅标准样品，分别按本发明所述的检测方法进行游离铝含量测定，每一样品平行测定5次，实验结果见表2。

表2 本发明所述检测方法的准确度实验结果

标准样品	标准值（%）	测定值（%）	平均值	相对标准偏差RSD
					机字94-98	0.58	0.557，0.571，0.590，0.581，0.574	0.57	2.15
机字94-88	0.73	0.736，0.729，0.746，0.749，0.750	0.74	1.35

（3）回收率实验

实验方法：选择一个碳化硅样品，分别加入不同量的铝，按本发明所述的检测方法进行测定铝含量，每一样品平行分析5次，取平均值，计算得回收率为97%—108%，实验结果见表3。

表3 本发明所述检测方法的回收率实验结果

样品	标准值（%）	加入量（%）	测得总量（%）	回收率（%）
					碳化硅试样	0.76	0.50	1.30	108
碳化硅试样	0.76	1.00	1.73	97
					碳化硅试样	0.76	1.50	2.31	103
碳化硅试样	0.76	2.00	2.84	104

由上述实验结果可知，本发明所述检测方法的分析结果偏差小，精密度、准确度均能满足分析要求，且分析速度快，操作简单，容易掌握，具有较高的推广应用价值。

Claims (9)

1.一种测定碳化硅耐火材料中游离铝含量的方法，其特征在于包括前处理、标准溶液配制、测定步骤，具体包括：

A、前处理：

1）取碳化硅耐火材料待测试样，按100~150ml/g试样加入硫酸铁溶液，盖上表面皿，于90~110℃水浴上搅拌浸煮1~1.5h得到溶液a，冷却，过滤，滤液中按20~25mg/g试样加入浓硝酸，于100~110℃下煮沸1~3min，冷却至室温，加入蒸馏水或二次去离子水稀释滤液至0..02g/ml得到溶液b；

2）移取溶液b，加入体积比0.4~0.6倍的浓硝酸，冷却至室温，加入蒸馏水或二次去离子水稀释至0.0004g/ml得到待测试样液；

B、标准溶液配制：

1）按A步骤试样液的制备方法制备7份空白试样液并分别移入50ml容量瓶中；

2）精密称取0.5000g纯度大于99.9%的纯铝，用30ml 的200g/L氢氧化钠溶液于80~90℃水浴20~30min得到溶液c，在溶液c中加入体积比0.2~0.4倍的浓硝酸，于80~90℃加热煮沸3~5min直至溶液透明，冷却至室温，加入蒸馏水或二次去离子水稀释得到1.0mg/ml的溶液d，移取溶液d，加入体积比0.2~0.4倍的浓硝酸，加入蒸馏水或二次去离子水稀释得到10μg/ml的铝标准储备液；

3）在前述的7份空白试样液的容量瓶中分别加入0ml、1.00ml、2.00ml、5.00ml、10.00ml、15.00ml和20.00ml的铝标准储备溶液，分别加入5ml硝酸溶液，加入蒸馏水或二次去离子水定容得到锰标准溶液；

C、测定：利用等离子体原子发射光谱法进行测定。

2.根据权利要求1所述测定碳化硅耐火材料中游离铝含量的方法，其特征在于所述的浓硝酸浓度为 60~80%。

3.根据权利要求1所述测定碳化硅耐火材料中游离铝含量的方法，其特征在于A步骤中所述的硫酸铁溶液浓度为40~60g/L。

4.根据权利要求1或4所述测定碳化硅耐火材料中游离铝含量的方法，其特征在于所述的硫酸铁溶液是称取50g硫酸铁溶入200ml水中，加入20ml的98% 硫酸，于100~110℃加热8~10min至溶解，冷却，用蒸馏水或二次去离子水稀释至1000ml得到。

5.根据权利要求1所述测定碳化硅耐火材料中游离铝含量的方法，其特征在于A步骤中所述的搅拌为没10~20min搅拌一次。

6.根据权利要求1所述测定碳化硅耐火材料中游离铝含量的方法，其特征在于B步骤中所述的空白试样液是取75ml硫酸铁溶液，于 100℃水浴浸煮1~2h，每15min搅拌1次，过滤，滤液中加入浓硝酸12.5ml，于110℃下加热煮沸3min，冷却，稀释至250ml，移取10ml，加入5ml浓硝酸，冷却，稀释至50ml得到。

7.根据权利要求1所述测定碳化硅耐火材料中游离铝含量的方法，其特征在于C步骤中所述的测定是将等离子体原子发射光谱仪开机预热半小时，开启循环水泵，建立测量方法，开启抽风设备，等待光谱仪的电子照相机、发生器、光室温度达到点火温度时，就把仪器点火，等待20分钟后，建立铝元素工作曲线，进行分析测定工作。

8.根据权利要求1或7所述测定碳化硅耐火材料中游离铝含量的方法，其特征在于所述的等离子体原子发射光谱的仪器工作参数为：设备功率1200W、雾化压力26.00psi、辅助气流量0.5L/min、载气流量0.45 L/min、泵速50rpm、积分时间15s。

9.根据权利要求3所述测定碳化硅耐火材料中游离铝含量的方法，其特征在于所述测定元素铝的谱线位置为309.271nm，级数为109。