CN105606592A - 一种测定聚碳硅烷中异质元素含量的方法 - Google Patents

一种测定聚碳硅烷中异质元素含量的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种测定聚碳硅烷中异质元素含量的方法，该方法首先用强氧化性化学试剂消解样品，通过化学试剂组分与含量的调配，实现了聚碳硅烷的充分消解，得到澄清的消解溶液，然后利用电感耦合等离子体发射光谱仪测定其中待测异质元素的谱线强度，通过比对待测异质元素的标准溶液的谱线强度与质量含量的标准曲线而得到消解溶液中异质元素的含量，进而换算得到聚碳硅烷中待测异质元素的含量。与传统的比色法相比，本发明方法使用的化学试剂较少，操作方便，测定速度快，测定效率高，并且测定结果误差较小，精确度较高。

Description

一种测定聚碳硅烷中异质元素含量的方法
技术领域
本发明属于化学测试技术领域，具体涉及一种测定聚碳硅烷(PCS)中异质元素含量的方法。
背景技术
碳化硅(SiC)是一种高性能陶瓷材料，可广泛应用在高性能SiC陶瓷纤维、陶瓷基复合材料、陶瓷涂层、陶瓷薄膜、泡沫陶瓷、陶瓷微粉等方面。聚碳硅烷(PCS)是最常用的先驱体法制备高性能SiC材料的先驱体，一般由聚二甲基硅烷(PDMS)在高温(400-500℃)高压条件下通过裂解重排反应制得。为改善最终SiC材料的耐高温性、抗氧化性、电磁性能等，通常在裂解重排时将异质元素络合物引入到PCS主链上，得到含异质元素聚碳硅烷，例如含铝聚碳硅烷(PACS)，异质元素包括铝、铁、钛、锆、钴、镍、硼等。
聚碳硅烷中异质元素的主要作用是提高其陶瓷产率，并且在PCS烧结过程中防止超高温下晶粒过分长大，使之形成近化学计量比的SiC。因此，异质元素含量对最终SiC陶瓷材料的结构和性能有着重要影响。
目前，测定PCS中异质元素含量常用的方法是将PCS用熔融强碱溶解，然后用比色法进行测定。例如，含铝聚碳硅烷中铝含量的测定采用的是EDTA络合硝酸铅反滴定法，该方法用到的溶液(如EDTA溶液、硝酸铅溶液等)和试剂(如氢氧化钠溶液、乙酸铵溶液、二甲酚橙指示剂等)较多，步骤较繁杂，而且由于利用溶液颜色变化判定滴定终点，造成其测定结果误差较大。
发明内容
针对上述技术现状，本发明旨在提供一种测定聚碳硅烷中异质元素含量的新方法，该方法使用的化学试剂较少，操作方便，测定速度快，测定效率高，并且测定结果误差较小，精确度较高。
为了实现上述技术目的，本发明人尝试用强氧化性化学试剂消解聚碳硅烷，待充分消解后得到澄清的消解溶液，然后利用电感耦合等离子体(ICP)发射光谱仪，通过比对法测定该澄清的消解溶液中异质元素的含量。但是，在实际操作中，聚碳硅烷的消解却很难彻底，因此如何能够充分消解含异质元素的聚碳硅烷，得到澄清的消解溶液却是一个技术难点。经过大量实验探索后本发明人发现，当聚碳硅烷样品的质量为0.1份(对应质量单位：g，下同)，选用的化学试剂的配方为：2-10体积份的硝酸，0.2-1体积份的高氯酸，0.2-1体积份的双氧水，0.5-2体积份的氢氟酸时，(对应体积单位：ml，下同，即聚碳硅烷的质量与硝酸的体积之比为0.1g:(2-10)ml)，能够充分消解聚碳硅烷，得到澄清的消解溶液。
即，本发明的技术方案为：一种测定聚碳硅烷(PCS)中异质元素含量的方法，其特征是：采用强氧化性化学试剂消解该聚碳硅烷，得到澄清的消解溶液，用蒸馏水或去离子水将其稀释至10-10000倍体积，得到待测试液；
所述的聚碳硅烷的质量为0.1份时，所述的强氧化性化学试剂配方为：2-10体积份的硝酸，0.2-1体积份的高氯酸，0.2-1体积份的双氧水，0.5-2体积份的氢氟酸；
使用待测异质元素的标准溶液配置具有一定质量分数的含待测异质元素的溶液，利用电感耦合等离子体发射光谱仪测定该含待测异质元素的溶液，得到待测异质元素的谱线强度与质量含量的标准曲线；
利用电感耦合等离子体发射光谱仪测定所述待测试液中异质元素的谱线强度，将其与所述的待测异质元素的谱线强度与质量含量的标准曲线相比对，得到待测试液中待测异质元素的含量，进而计算得到所述聚碳硅烷中待测异质元素的含量。
所述的聚碳硅烷是组成中含有异质元素的聚碳硅烷。所述的异质元素是除碳、硅、氢、氧以外的元素，包括但不限于以下异质元素：铝、铁、钛、锆、钴、镍、硼中的一种或几种。
所述待测异质元素的标准溶液是国家实物标准样品(GSB)。
作为优选，所述的硝酸的质量分数为50-70％，高氯酸的质量分数为60-80％，双氧水的质量分数为20-50％，氢氟酸的质量分数为30％-60％。
所述的待测试液中异质元素的质量分数范围在0-1000ppm。
作为优选，所述的消解反应温度为100-250℃。
作为优选，所述的消解反应是在耐酸碱腐蚀的容器内进行；进一步优选地，所述的消解反应过程是：先将所述容器敞口升温至100-180℃并且保温1-5小时，然后将该容器密封，并放置在密封的耐高温高压的消解容器中，在150-250℃下消解。
综上所述，本发明通过化学试剂组分与含量的调配，实现了聚碳硅烷的充分消解，得到澄清的消解溶液，然后利用电感耦合等离子体发射光谱仪测定其中待测异质元素的谱线强度，通过比对待测异质元素的标准溶液的谱线强度与质量含量的标准曲线而得到消解溶液中异质元素的含量，进而换算得到聚碳硅烷中待测异质元素的含量。与传统的比色法相比，本发明方法使用的化学试剂较少，操作方便，测定速度快，测定效率高，并且测定结果误差较小，精确度较高。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细描述，需要指出的是，以下所述实施例旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。
实施例1：
本实施例中，待测样品为含铝聚碳硅烷(PACS)。该样品中Al含量的测定方法如下：
(1)称取0.1g的PACS样品放入聚四氟乙烯材质的容器内，依次向该容器内加入4ml质量分数为65％的浓硝酸，0.5ml质量分数为72％的高氯酸，0.5ml质量分数为30％的双氧水和1ml质量分数为45％的氢氟酸，将其放在150℃的热台上预热2h，得到浑浊的溶液。将该浑浊溶液连同容器一起放入耐高温高压罐中，然后将其放入180℃烘箱内4h。待烘箱温度降低至室温后，取出耐高温高压罐，得到消解后的澄清的溶液，将其引入100ml容量瓶内，用蒸馏水或去离子水稀释并定容100ml，得到待测试液；
(2)选取体积为50ml、100ml、50ml、25ml、100ml的容量瓶，分别向其中加入0μl，100μl、100μl、100μl、1000μl的铝标准溶液(符合GSB)，分别用去离子水稀释并定容，得到Al元素的质量分数为0ppm、1ppm、2ppm、4ppm、10ppm的溶液。将此系列溶液引入到电感耦合等离子体发射光谱仪进行测定，得到Al元素的谱线强度-质量分数的标准曲线；
(3)将步骤(1)中得到的待测试液引入电感耦合等离子体发射光谱仪中，测定Al元素的谱线强度，然后比对步骤(2)中得到的Al元素的谱线强度-质量分数的标准曲线，得到该待测试液中Al元素的含量为9.5ppm，因此该PACS中Al的质量分数为9.5×100÷1000000÷0.1×100％＝0.95％。
实施例2：
本实施例中，待测样品为含铁聚碳硅烷(PFCS)。该样品中Fe含量的测试方法如下：
(1)称取0.1g的PFCS样品放入聚四氟乙烯材质的容器内，依次向该容器内加入5ml质量分数为65％的浓硝酸，1ml分数为72％的高氯酸，1ml质量分数为30％的双氧水和1.5ml质量分数为45％的氢氟酸，将其放在150℃的热台上预热2h，得到浑浊的溶液。将该浑浊溶液连同容器一起放入耐高温高压罐中，然后将其放入180℃烘箱内4h。待烘箱温度降低至室温后，取出耐高温高压罐，得到消解后的澄清的溶液，将其引入100ml容量瓶内，用蒸馏水或去离子水稀释并定容100ml，得到待测试液；
(2)选取体积为50ml、100ml、50ml、25ml、100ml的容量瓶，分别向其中加入0μl，100μl、100μl、100μl、1000μl的铁标准溶液(符合GSB)，分别用去离子水稀释并定容，得到Fe质量分数为0ppm、1ppm、2ppm、4ppm、10ppm的溶液。将此系列溶液引入到电感耦合等离子体发射光谱仪进行测定，得到Fe元素的谱线强度-质量分数的标准曲线；
(3)将步骤(1)中得到的待测试液引入电感耦合等离子体发射光谱仪中，测定Fe元素的谱线强度，然后比对步骤(2)中得到的Fe元素的谱线强度-质量分数的标准曲线，得到该待测试液中Fe元素的含量为7.5ppm，因此该PFCS中Fe的质量分数为7.5×100÷1000000÷0.1×100％＝0.75％。
实施例3：
本实施例中，待测样品与实施例1中的待测相同，为含铝聚碳硅烷(PACS)。步骤1与实施例1中的步骤1基本相同，所不同的是化学试剂为浓硫酸，高氯酸，双氧水和氢氟酸，即依次向该容器内加入5ml质量分数为98％的浓硫酸，0.5ml质量分数为72％的高氯酸，0.5ml质量分数为30％的双氧水和1ml质量分数为45％的氢氟酸。
得到的消解后的溶液呈浑浊，有残留的PACS，并未完全消解。
以上所述的实施例对本发明的技术方案进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的具体实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充或类似方式替代等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种测定聚碳硅烷中异质元素含量的方法，其特征是：采用强氧化性化学试剂消解该聚碳硅烷，得到澄清的消解溶液，用蒸馏水或去离子水将其稀释至10-10000倍体积，得到待测试液；
所述的聚碳硅烷的质量为0.1份时，所述的强氧化性化学试剂配方为：2-10体积份的硝酸，0.2-1体积份的高氯酸，0.2-1体积份的双氧水，0.5-2体积份的氢氟酸；
使用待测异质元素的标准溶液配置具有一定质量分数的含待测异质元素的溶液，利用电感耦合等离子体发射光谱仪测定该含待测异质元素的溶液，得到待测异质元素的谱线强度与质量含量的标准曲线；
利用电感耦合等离子体发射光谱仪测定所述待测试液中异质元素的谱线强度，将其与所述的待测异质元素的谱线强度与质量含量的标准曲线相比对，得到所述聚碳硅烷中待测异质元素的含量。
2.根据权利要求1所述的测定聚碳硅烷中异质元素含量的方法，其特征是：所述的聚碳硅烷是组成中含有异质元素的聚碳硅烷，所述的异质元素是除碳、硅、氢、氧以外的元素。
3.根据权利要求2所述的测定聚碳硅烷中异质元素含量的方法，其特征是：所述的异质元素是铝、铁、钛、锆、钴、镍、硼中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的测定聚碳硅烷中异质元素含量的方法，其特征是：所述的硝酸的质量分数为50-70％，高氯酸的质量分数为60-80％，双氧水的质量分数为20-50％，氢氟酸的质量分数为30％-60％。
5.根据权利要求1所述的测定聚碳硅烷中异质元素含量的方法，其特征是：所述的待测试液中异质元素的质量分数范围在0-1000ppm。
6.根据权利要求1至5中任一权利要求所述的测定聚碳硅烷中异质元素含量的方法，其特征是：所述的消解反应温度为100-250℃。
7.根据权利要求1至5中任一权利要求所述的测定聚碳硅烷中异质元素含量的方法，其特征是：所述的消解反应是在耐酸碱腐蚀的容器内进行。
8.根据权利要求7所述的测定聚碳硅烷中异质元素含量的方法，其特征是：所述的消解反应过程是：先将所述容器敞口升温至100-180℃并且保温1-5小时，然后将该容器密封，并放置在密封的耐高温高压的消解容器中，在150-250℃下消解。
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