CN113804525B - 一种纤维样品的前处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种纤维样品的前处理方法，该方法是采用微波消解法对原丝或碳纤维样品进行前处理，步骤如下：纤维样品准备步骤、取样及加试样步骤、加酸处理步骤、消解处理步骤、赶酸处理步骤、定容步骤。其中，在取样及加试样步骤中：加试样时，采用加样装置将试样送到消解罐的底部，以确保消解罐的其他位置处未沾上纤维样品。采用该纤维样品的前处理方法，可得到澄清明亮的前处理后的试样溶液。本发明解决了采用微波消解法前处理纤维样品时容易因纤维挂壁从而击穿消解罐的难题。另外，相比于原丝和碳纤维使用灰化法进行样品前处理存在的耗时长、步骤繁琐等特点，本发明具有耗时短、步骤简单、准确性和重现性高等优点，提高了检测精度和检测效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种纤维样品的前处理方法，属于原丝、碳纤维的元素含量检测技术领域。
背景技术
目前，原丝（又称为碳纤维前驱体）和碳纤维这两种产品中的金属离子等元素含量的检测方法一般采用ICP-AES法，其样品的前处理方法一般采用灰化法。灰化法一般要经过灰化、挥硅、溶解和定容等步骤，其操作步骤较多、繁琐，每个过程操作不当都会影响检测结果的准确性及重现性。例如：灰化过程容易因人为因素而产生误差，灰化条件控制不当还会造成某些元素的损失。另外，灰化过程一般最少需要15个小时，因此，采用灰化法进行样品前处理的周期较长、出具数据较慢，不能及时指导生产，也不利于产品及时判定入库。
微波消解法是目前新兴的一种样品前处理技术，具有操作简单、 耗时少、空白值低、准确性高等特点。但是，由于原丝和碳纤维都属于较难消解的物质，而采用微波消解法需要采用超高压消解，在高压下，极易因纤维的静电作用而击穿消解罐或引起消解罐烧损。因而，微波消解法在碳纤维领域未得到全面研究和快速推广。
发明内容
本发明目的在于提供一种使用微波消解法对纤维样品（原丝或碳纤维样品）进行前处理的方法，避免在消解过程中发生击穿消解罐或引起消解罐烧损的现象，解决了制约微波消解法在原丝、碳纤维样品前处理中应用的难题。缩短样品前处理时间，提高检测效率。
本发明提供了一种纤维样品的前处理方法，采用微波消解法对原丝样品或碳纤维样品进行前处理，其包括如下步骤：
取样及加试样步骤：采用加样装置将试样送到所述消解罐的底部，以确保消解罐的其他位置处（侧壁及罐口处）未沾上纤维样品（在此，采用加样装置加样后，确保试样位于消解罐的底部而没有接触消解罐的侧壁或罐口；加酸前由于试样可能存在高度，因此不局限于试样必须与底壁接触）；
加酸处理步骤：在加有试样的消解罐中加入酸体系；
消解处理步骤：在加酸处理后，进行消解处理；
赶酸处理步骤：在消解处理后，对消解罐内的液体进行赶酸处理；
定容步骤：在赶酸处理后，将消解罐中的液体转移，并定容至设定体积，得到前处理后的试样溶液。
优选地，在所述取样及加试样步骤中：将卷成无缝隙筒状的称量纸作为加样装置；优选地，将所述卷成无缝隙筒状的称量纸深入消解罐的底部，加样时，敲击所述称量纸的上部，以确保试样全部落入消解罐的底部；进一步优选地，在抽离所述称量纸时，边敲击所述称量纸边抽离，直至所述称量纸距离所述消解管的底部样品1cm～2cm后，再直接抽离称量纸。该步骤的设计，可以避免采用微波消解法前处理纤维样品时容易因纤维挂壁从而击穿消解罐或消解罐烧损的难题。本发明提出采用卷成无缝隙筒状的称量纸作为加样装置，且配合加样时的操作方法，不仅能很好地确保将试样送到消解罐的底部，且消解罐的其他位置处未沾上纤维样品，并且还提高加样效率。
优选地，在所述取样及加试样步骤中：每个前处理的纤维样品取多个平行试样，在加试样时，将多个试样分别加入到对应的消解罐中；优选地，每个试样的质量为100.0mg～100.5mg；优选地，平行试样为两个。
优选地，所述加酸处理步骤，还包括：取未加试样的消解罐，在其中加入酸体系，以作为空白试样；其中，在加酸处理步骤之后，将加试样的消解罐、空白试样的消解罐装在微波消解仪上进行消解处理，然后再进行赶酸处理、定容处理，得到前处理后的试样溶液和空白试样溶液。
优选地，若纤维样品为原丝样品，则在所述加酸处理步骤中：所述酸体系为硝酸和氢氟酸；优选地，所述加酸处理步骤，包括：在每一加有试样的消解罐中依次加入8mL～10mL硝酸和1mL～2mL氢氟酸，并使试样均匀分布于酸体系中；优选地，所述硝酸、氢氟酸均选用UPS电子级标准酸。
优选地，若纤维样品为碳纤维样品，则在所述加酸处理步骤中：所述酸体系为硝酸；优选地，所述加酸处理步骤，包括：在每一加有试样的消解罐中加入10mL～12mL硝酸，并使试样均匀分布于酸体系中；优选地，所述硝酸均选用UPS电子级标准酸。
优选地，在所述消解处理步骤中，消解处理的升温曲线为：温度由室温以第一升温速率升温至170℃～180℃，在170℃～180℃的温度下保温5min后，再以第二升温速率升温至210℃～220℃，然后在210℃～220℃的温度下保温35min后降温；优选地，所述第一升温速率低于10℃/min，所述第二升温速率低于5℃/min；优选地，将加酸处理后的消解罐按照微波消解仪使用要求装入相应的防爆外壳和支架内，再依次按照要求装到微波消解仪的圆盘底座上，按照所述升温曲线设定消解程序；消解程序结束后取出消解罐，旋开消解罐的排气螺帽释放罐内剩余压力；优选地，所述消解罐的最大压力不小于2200psi。
优选地，在所述赶酸处理步骤中：在消解处理后，将消解罐安装在电热消解仪上，进行赶酸处理；优选地，所述赶酸处理的温度设置为170℃～180℃，所述赶酸处理的时间为以消解罐不冒黄烟为止；优选地，所述赶酸处理结束时，消解罐中的液体为1mL～2mL；优选地，提前将电热消解仪的加热温度设置为170℃～180℃，恒温保温时间设定为50min～55min，将消解处理后的消解罐置于电热消解仪上，进行赶酸处理。
优选地，在所述定容步骤中：在赶酸处理后，将消解罐中的液体转移至离心管中，并用硝酸溶液多次冲洗消解罐的内壁到相应的离心管中，以将消解罐中的液体能完全转移至离心管中；最后，用硝酸溶液将离心管的液体定容至设定体积；优选地，所述硝酸溶液的质量分数为2%～5%；优选地，设定体积为10mL～25mL。
优选地，所述前处理后的试样溶液呈透明、清澈状。
优选地，在取样及加试样步骤之前，还包括：纤维样品准备步骤：对待测纤维进行脱水处理，得到纤维样品；进一步地，所述纤维样品准备步骤还包括：将待测纤维剪成不大于5mm的短切丝；
优选地，所述纤维样品准备步骤，具体为：截取3～5米的待测纤维，折叠或绕成环状，于100℃～110℃烘箱中脱水干燥处理1h～2h，在干燥器中冷却至室温后，剪成不大于5mm的短切丝。
本发明提供的纤维样品的前处理方法，创新点如下：基于原丝样品、碳纤维样品的微波消解，提出了相应的试剂体系及用量；该试剂体系及用量确保了纤维样品能很好地进行微波消解，提高消解效率及成功率，提高了消解安全性。本发明提出了针对微波消解纤维样品的升温曲线，该升温曲线既达到既能降低消解罐压力和温度（进一步提高微波消解的安全性），又能快速完全消解样品的目的。本发明在前处理时，针对每一个纤维样品，取多个平行试样，还设置了空白试样，另外，所使用的酸均为UPS电子级标准酸，以及在定容步骤中，通过相应的操作方法将消解罐中的液体全部转移并定容；上述的设计，确保提供准确的上机（ICP-AES）检测样品溶液。
本发明的有益效果：
本发明提供的纤维样品的前处理方法，首次在碳纤维领域采用微波消解法取代灰化法对原丝和碳纤维样品进行前处理，克服了纤维静电易击穿消解罐的难题，研究出了一套适用的样品微波消解方法，极大缩短了样品的前处理时间，简化了操作步骤，减少了过程损失和灰化过程杂质带入，提高了检测精度和检测效率。
附图说明
图1是本发明提供的一种纤维样品的前处理方法进行加试样步骤时，向消解罐中加试样的操作示意图；
图2是消解管的安装示意图；
图3为纤维样品的微波消解升温曲线图；
图4为实施例1的消解处理步骤中，将消解罐按照微波消解仪的使用要求装到微波消解仪的圆盘底座上的示意图；
图5为实施例2的消解处理步骤中，将消解罐按照微波消解仪的使用要求装到微波消解仪的圆盘底座上的示意图；
图6为采用微波消解法对纤维样品进行前处理的步骤与耗时的示意图；
图7为采用灰化法对纤维样品进行前处理的步骤与耗时示意图（盐酸和氢氟酸体系）；
图8为采用灰化法对纤维样品进行前处理的步骤与耗时示意图（硝酸、氢氟酸和盐酸体系）。
图中：1为称量纸，2为消解罐，3为试样，4为排气螺帽，5为防爆外壳，6为支架。
具体实施方式
下面通过实施例来进一步说明本发明，但不局限于以下实施例。
实施例1：
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明申请的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构、或特点可由任何合适形式组合。
对于原丝样品、碳纤维样品在测量其元素含量时，需先进行纤维样品的前处理，而现有技术一般采用灰化法进行样品的前处理，但其存在耗时长、步骤繁琐等缺点。而微波消解法是目前新兴的一种样品前处理技术，具有简单快速、空白值低、准确性高等特点。但是，原丝和碳纤维都属于较难消解的物质，而采用微波消解法需要采用超高压消解，在高压下，极易因纤维的静电作用而击穿消解罐或引起消解罐烧损。
在此需要说明的是：本发明中提到的“原丝”主要指的是碳纤维前驱体，例如，聚丙烯腈原丝，聚丙烯腈原丝经过氧化、低温碳化、高温碳化后，得到碳纤维。
基于以上技术问题，本发明的方案主要解决制约原丝和碳纤维元素分析样品采用微波消解进行前处理的应用难题，对原丝和碳纤维的微波消解方法进行了细致研究。
本发明的具体方案如下：
本发明提供一种纤维样品的前处理方法，采用微波消解法对原丝样品或碳纤维样品进行前处理，其包括如下步骤：
1）纤维样品准备步骤：截取待测纤维，对待测纤维进行脱水处理、并将待测纤维剪成不大于5mm的短切丝，得到纤维样品。
在此的“待测纤维”指的是需要进行元素含量测定的纤维。
该步骤具体为：截取3～5米待测纤维（原丝或碳纤维），折叠或绕成环状，置于100℃～110℃烘箱中脱水干燥处理1h～2h，在干燥器中冷却至室温，剪成小于5mm的短切丝。
在此，由于纤维具有吸水性，为了提高后续元素含量测量的准确性，需对待测纤维进行脱水处理。而将待测纤维剪成不大于5mm的短切丝，为了便于加样和快速消化。
2）取样及加试样步骤：称取设定质量的纤维样品作为一个试样；其中，每个前处理的纤维样品取多个平行试样；将每一试样加入到与其对应的消解罐中；其中，在加试样时，采用加样装置将试样送到所消解罐的底部，以确保消解罐的其他位置处（侧壁及罐口）未沾上纤维样品。
较佳地，关于取样步骤：用天平称取100.0mg～100.5mg，每个纤维样品取两个平行试样。进一步的，两个平行试样的称样量应尽量保持一致。
较佳地，关于加试样步骤：如图1所述，采用称量纸1作为加样装置将称好的试样3分别装入微波消解仪配套的消解罐2的底部，进一步的，称量纸1应卷成无缝隙筒状，并深入消解罐2的底部。进一步的，加试样时，应轻敲称量纸壁，保证试样全部落入消解罐2。抽离称量纸1时，应缓慢边敲击边抽离，直至称量纸离开消解罐底部试样约1cm～2cm高度后，再迅速抽离称量纸。进一步的，试样应装入消解罐2底部，消解罐3管壁和管口不能沾上纤维。
3）加酸处理步骤：在加有试样的消解罐中分别加入酸体系，另外，取未加试样的消解罐，在其中加入酸体系，以作为空白试样。
较佳地，对于原丝的加酸处理步骤：在加入试样的各消解罐中分别依次加入8mL～10mL硝酸(HNO3)和1mL～2mL氢氟酸(HF)混酸，轻轻晃动消解罐底部使试样均匀分布于混酸中。同时在未加试样的两个消解罐中分别依次加入8mL～10mL硝酸(HNO3)和1mL～2mL氢氟酸(HF)混酸，轻轻晃动消解罐底部使两种酸混均，作为空白试样。进一步的，如果消解罐管壁和管口不小心沾上原丝，可转动消解罐同时使用相应的酸或超纯水将挂壁的纤维洗入溶液内，消解罐中溶液总体积应大于5mL且小于30mL。所述硝酸的质量分数为 68%～72%，氢氟酸的质量分数为40%～50%，稀释酸用水为超纯水。优选地，硝酸和氢氟酸都为UPS电子级以上标准酸。进一步的，两次空白试验的检测结果绝对值偏差应不大于3%。
较佳地，对于碳纤维的加酸处理步骤：在加入碳纤维试样的各消解罐中分别加入10mL～12mL硝酸(HNO3) ，轻轻晃动消解罐底部使试样均匀分布于硝酸中。同时在未加试样的两个消解罐中分别加入10mL～12mL硝酸(HNO3)，作为空白试样。进一步的，如果内衬罐管壁和管口不小心沾上纤维，可转动消解罐同时使用相应的酸或超纯出水将挂壁的纤维洗入溶液内，消解罐中溶液总体积应大于5mL且小于30mL。进一步的，所述硝酸的质量分数为68%～72%，稀释酸用水为超纯水。优选地，硝酸为UPS电子级以上标准酸。进一步的，两次空白试验的检测结果绝对值偏差应不大于3%。
4）消解处理步骤：在加酸处理后，将消解罐装到微波消解仪上，进行消解处理。
较佳地，该步骤具体为：参见图2，将已经加酸处理好的消解罐2按照微波消解仪的使用要求装入相应的防爆外壳5和支架6内，再依次按照要求装到微波消解仪的圆盘底座上。选择已经设定好的消解方法，按照原丝和碳纤维的微波消解升温曲线消解试样，升温曲线见图3（参见图3，温度由室温以第一升温速率升温至170℃～180℃，在170℃～180℃的温度下保温5min后，再以第二升温速率升温至210℃～220℃，然后在210℃～220℃的温度下下保温35min后降温；优选地，所述第一升温速率低于10℃/min，所述第二升温速率低于5℃/min。）。进一步的，选择的微波消解仪消解罐的最大耐压应不小于2200psi。进一步的，消解罐的防爆外壳严禁沾水或者其它液体、纤维末。进一步的，同一批次消解的试样不允许使用不同的酸处理试剂体系，即原丝和碳纤维不能同时进行消解。进一步的，同一批次消解的试样消解罐中，样品量较大者应作为主控罐。使用多罐消解时，转盘上的消解罐放置位置应保持均匀对称。 进一步的，主控罐温度显示低于50℃才能取出消解罐，取出的消解罐应放置在通风橱内。打开消解罐排气螺帽前（参见图2所示的排气螺帽4），应将消解罐架子稍稍倾斜少许，并用手轻轻拍打架子上部以使排气螺帽上的溶液流入消解罐中。旋开排气螺帽时应使用力矩扳手且缓慢旋开，以释放罐内剩余压力。操作时，排气口背对操作人员。操作时试验员应戴防护眼镜和防护口罩、手套。
5）赶酸处理步骤：在消解处理后，将消解罐置于电热消解仪上，进行赶酸处理。
较佳地，该步骤具体为：提前将电热消解仪的温度设置为170℃～180℃，恒温保温时间设定为50min～55min（碳纤维试样恒温保温50min，原丝试样恒温保温55min）。将消解步骤中已经旋开排气螺帽的消解罐从消解罐支架上取出，并依次置于电热消解仪上的圆柱槽内，开始赶酸，保温时间结束后，待消解罐温度下降可触摸时（约10min），依次将消解罐取出置于冷却支架上继续冷却至室温。进一步的，赶酸时间以消解罐不冒黄烟为止。进一步的，赶酸结束时，消解罐中的试样剩余约1mL～2mL左右。
6）定容步骤：在赶酸处理后，将消解罐中的液体转移，并定容至设定体积，得到多个前处理后的试样溶液和空白试样溶液。其中，该前处理后的试样溶液和空白试样溶液作为元素含量检测（ICP-AES）样品溶液。
较佳地，该步骤具体为：将消解罐中剩余液体转移至10mL～25mL离心管中，用少量质量分数为2%～5%硝酸溶液多次冲洗消解罐内壁到相应的离心管中，将消解罐内溶液完全转移到离心管中。最后用质量分数为2%～5%硝酸溶液定容至10mL～25mL，摇匀。下一步即可用ICP-AES 进一步检测样品中金属离子等元素含量。进一步的，定容前应先观察消解完成后的液体溶液状态，若溶液透明、清澈无悬浮物则消解反应完全，可定容使用。反之则消解反应不完全，该试样消解失败。
综上，本发明提出的一种纤维样品的前处理方法，主要提出了以下几个方面的构思及有益效果：
1）目前原丝和碳纤维采用微波消解法消解，极易因纤维的静电作用而击穿消解罐或引起消解罐烧损。
基于这一技术问题，本发明的发明人经过了大量的研究，发现在加试样时，很容易使纤维沾在消解罐的器壁上，这样的话在消解时会因纤维静电作用而击穿消解罐或引起消解罐烧损。在此需要说明的是：即使后续加酸也不好将沾壁的纤维摇下去，并且酸的量多的话，会有安全问题。
基于这一发现，本发明的发明人进一步提出了加样的方法，即，采用加样装置将纤维样品送到所消解罐的底部，以确保消解罐的其他位置处未沾上纤维样品；进一步提出卷成无缝隙筒状的称量纸作为加样装置，具体加样操作步骤如前所述，最终解决了加样过程中纤维样品沾到消解罐器壁，在消解过程中易击穿消解罐的安全问题。
2）本发明的发明人基于原丝样品、碳纤维样品的微波消解，提出了试剂体系及用量（具体体系及用量如前所述）；该试剂体系确保了纤维样品能很好地进行微波消解，提高消解效率及成功率，且又避免试剂用量多，提高消解安全性。
3）本发明的发明人研究了微波消解纤维样品的升温曲线，提出的升温曲线，达到既能降低消解罐压力和温度（进一步提高微波消解的安全性），又能快速完全消解样品的目的。
4）本发明的发明人研究赶酸的温度和时间，确保消解后样品中酸度降低到理想条件：赶酸时间以消解罐不冒黄烟为止；赶酸结束时，消解罐中的试样剩余约1mL～2mL左右。
5）本发明提出了定容方法，以提供准确的上机（ICP-AES）检测样品溶液。
综上，本发明提出的一种纤维样品前的处理方法，该方法从样品准备、加样方法、消解和赶酸条件、定容等方面进行了全面研究，具备推广应用价值。
另外，本发明的上述方法主要针对的纤维样品为聚丙烯腈基原丝、聚丙烯腈基碳纤维；但是，本发明的方法也适用于其他种类的碳纤维、原丝。
下面通过具体实施例进一步对本发明说明如下：
实施例1
本实施例用于对聚丙烯腈基原丝样品（即，聚丙烯腈基碳纤维前驱体）进行前处理，其中，前处理后得到的试样溶液用于进行元素含量的测定（ICP-AES法）。具体包括以下步骤：
1）纤维样品准备步骤：在1#样品上截取3米待测原丝，折叠成10cm长，放在托盘中，置于110℃烘箱中脱水干燥处理1h，在干燥器中冷却至室温，剪成3mm左右的短切丝，得到1#纤维样品。
2）取样及加试样步骤：从1#纤维样品中分别称取了0.1002g和0.1001g两个试样。用称量纸将称好的两个试样分别装入微波消解仪配套的两个消解罐中，且使试样位于消解罐底部，消解罐管壁和管口都未沾上纤维（具体加试样方法如图1所示，具体操作可以参见前述的对图1的说明）。
3）加酸处理步骤：在加入试样的两个消解罐中分别依次加入8mL 硝酸(HNO3)和2mL氢氟酸(HF)混酸，轻轻晃动消解罐底部使试样均匀分布于混酸中。同时在未加试样的两个消解罐中分别依次加入8mL 硝酸(HNO3)和 2mL氢氟酸(HF)混酸，轻轻晃动消解罐底部使两种酸混均，作为空白试样。
其中，所述硝酸、氢氟酸均选用UPS电子级标准酸；硝酸的质量分数为 68%、氢氟酸的质量分数为49%。
4）消解处理步骤：将已经加酸处理好的消解罐按照微波消解仪的使用要求装入相应的防爆外壳和支架内，再依次按照要求装到微波消解仪的圆盘底座上（参见图4所示）。选择已经设定好的原丝消解方法，按照原丝的微波消解升温曲线消解试样（升温曲线参见图3所示）。
当微波消解仪的显示屏显示消解罐温度为48℃时取出消解罐，置于通风橱内。将消解罐架子稍稍倾斜少许，并用手轻轻拍打架子上部以使螺帽上的溶液流入消解罐中。使用力矩扳手缓慢旋开消解罐上螺帽，释放罐内剩余压力。操作时，消解罐口远离操作人员方向倾斜，试验员应戴防护眼镜和防护口罩、手套。
5）赶酸处理步骤：提前将电热消解仪打开预热，已经旋开排气螺帽的消解罐从消解罐支架上取出，并依次置于电热消解仪上的圆柱槽内，选择恒温保温时间55min，按下按钮开始赶酸，保温时间结束后（此时消解罐不冒黄烟，消解罐中的液体剩余约1.5 mL左右），等待约10min，消解罐触摸不烫手，依次将消解罐取出置于冷却支架上继续冷却至室温。
6 ）定容处理步骤：将各消解罐中液体转移至25mL离心管中，用少量质量分数为2%硝酸溶液多次冲洗各消解罐内壁到相应的离心管中，将各消解罐内壁冲洗干净。最后用质量分数为2%硝酸溶液定容至25mL，摇匀，得到澄清明亮的前处理后的试样溶液，下一步用ICP-AES 进一步检测样品中金属离子等元素含量。
另外，对步骤1）提出的待测原丝还采用灰化法制备出灰化法前处理后的试样溶液及空白试样，然后用ICP-AES 进一步检测样品中金属离子等元素含量。
通过对比发现，采用微波消解试样测出来的金属离子等元素含量与采用灰化法试样测出来的金属离子等元素含量相当。
实施例2
本实施例用于对碳纤维样品进行前处理，其中，前处理后得到的试样溶液用于进行元素含量的测定（ICP-AES法）。具体包括以下步骤：
1）纤维样品准备步骤：在1#、2#样品上分别截取3米碳纤维，折叠成10cm长，放在托盘中，置于110℃烘箱中脱水干燥处理1h，在干燥器中冷却至室温，剪成3mm左右的短切丝，得到1#纤维样品和2#纤维样品。
2）取样及加试样步骤：从1#纤维样品中分别称取了0.1001g和0.1001g两个试样，从2#纤维样品分别称取了0.1001g和0.1002g两个试样。
用称量纸将称好的4个试样分别装入微波消解仪配套的4个消解罐中，试样位于消解罐底部，消解罐管壁和管口都未沾上碳纤维（加样方法如图1所示）。
3）加酸处理步骤：在加入试样的4个消解罐中分别加入10mL硝酸(HNO3) ，轻轻晃动消解罐底部使试样均匀分布于硝酸中。同时在未加试样的2个消解罐中分别加入10mL硝酸(HNO3)，作为空白试样。
其中，所述硝酸选用UPS电子级标准酸；硝酸的质量分数为68%。
4）消解处理步骤：将已经加酸处理好的消解罐按照微波消解仪的使用要求装入相应的防爆外壳和支架内，再依次按照要求装到微波消解仪的圆盘底座上，具体参见图6所示，（装试样0.1002g的消解罐为主罐）。选择已经设定好的碳纤维消解方法，按照碳纤维的微波消解升温曲线消解试样（升温曲线参见图3所示）。
当微波消解仪的显示屏显示主控罐温度为45℃时取出消解罐，置于通风橱内。将消解罐架子稍稍倾斜少许，并用手轻轻拍打架子上部以使螺帽上的溶液流入消解罐中。使用力矩扳手缓慢旋开消解罐上螺帽，释放罐内剩余压力。操作时，消解罐口远离操作人员方向倾斜，试验员应戴防护眼镜和防护口罩、手套。
5）赶酸处理步骤：提前将电热消解仪打开预热到180℃，将已经旋开排气螺帽的消解罐从消解罐支架上取出，并依次置于电热消解仪上的圆柱槽内，选择恒温保温时间50min，恒温结束后（此时消解罐不冒黄烟，消解罐中的液体剩余约1.5 mL左右），等待约10min，消解罐触摸不烫手，依次将消解罐取出置于冷却支架上继续冷却至室温。
6）定容步骤：将各消解罐中液体转移至25mL离心管中，用少量2%硝酸溶液多次冲洗各消解罐内壁到相应的离心管中，最后用2%硝酸溶液定容至25mL，摇匀，得到澄清明亮的前处理后的试样溶液，下一步即可用ICP-AES 进一步检测样品中金属离子等元素含量。
对比例
本对比例主要对碳纤维样品前处理的方法从步骤、耗时、失损和引入杂质几率等方面进行比对，以此来说明采用微波消解法进行碳纤维样品前处理的优势。以一个样品为例，用图示方法加以说明。
）关于微波消解法（硝酸体系）
图6为微波消解法对纤维样品进行前处理的步骤与耗时示意图。
从图6可以看出：一个样品前处理共耗时约5小时10分钟；赶酸结束后，样品只需要转移一次；微波消解法的前处理过程单一，使用的酸种类只有硝酸一种。
）关于灰化法（盐酸和氢氟酸体系）
图7为灰化法对纤维样品进行前处理的步骤与耗时示意图（盐酸和氢氟酸体系）。
从图7可以看出：一个样品前处理共耗时约42.5～44.5小时；在灰化过程中，如果升温过快易造成样品某个元素的微量失损，且有可能将灰化炉耐材（如钙和镁离子）的微量元素引入到样品中导致某个元素含量的升高；灰化结束后，样品从石英烧杯中转移到离心管时共需要转移两次，增加了失损几率；灰化结束后，将灰化后试样大部分转移后，石英烧杯中残留物需要加水、加酸在电热板上继续溶解，然后再将溶解后残余物质转移到离心管中，增加了操作复杂性。
）关于灰化法（硝酸、氢氟酸和盐酸体系）
图8为灰化法对纤维样品进行前处理的步骤与耗时示意图（硝酸、氢氟酸和盐酸体系）。
从图8可以看出：一个样品前处理共耗时约13～18小时，耗时较长；样品灰化时间较长，在灰化过程中，如果升温过快易造成样品某个元素的微量失损，且有可能将灰化炉耐材（如钙和镁离子）的微量元素引入到样品中导致某个元素含量的升高；样品处理过程繁琐，灰化、转移样品、挥硅和酸溶过程都可能带来失损。
综合以上三种方法，可以明显看出微波消解前处理方法在处理时间以及元素含量的准确性方面比灰化法有明显的优势。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (9)
1.一种纤维样品的前处理方法，其特征在于，采用微波消解法对原丝样品或碳纤维样品进行前处理，其包括如下步骤：
取样及加试样步骤：采用加样装置将试样送到消解罐的底部，以确保消解罐的其他位置处未沾上纤维样品，以克服纤维静电易击穿消解罐的问题；在所述取样及加试样步骤中：将卷成无缝隙筒状的称量纸作为加样装置；将所述卷成无缝隙筒状的称量纸深入消解罐的底部，加样时，敲击所述称量纸的上部，以确保试样全部落入消解罐的底部；在抽离所述称量纸时，边敲击所述称量纸边抽离，直至所述称量纸距离所述消解管的底部样品1cm～2cm后，再直接抽离称量纸；
加酸处理步骤：在加有试样的消解罐中加入酸体系；
消解处理步骤：在加酸处理后，进行消解处理；消解处理的升温曲线为：温度由室温以第一升温速率升温至170℃～180℃，在170℃～180℃的温度下保温5min后，再以第二升温速率升温至210℃～220℃，然后在210℃～220℃的温度下保温35min后降温；所述第一升温速率低于10℃/min，所述第二升温速率低于5℃/min；
赶酸处理步骤：在消解处理后，对消解罐内的液体进行赶酸处理；
定容步骤：在赶酸处理后，将消解罐中的液体转移，并定容至设定体积，得到前处理后的试样溶液。
2.根据权利要求1所述的纤维样品的前处理方法，其特征在于，在所述取样及加试样步骤中：在加试样时，将试样加入到对应的消解罐中；试样的质量为100.0mg～100.5mg。
3.根据权利要求1所述的纤维样品的前处理方法，其特征在于，所述加酸处理步骤，还包括：取未加试样的消解罐，在其中加入酸体系，以作为空白试样；
在加酸处理步骤之后，将加试样的消解罐、空白试样的消解罐装在微波消解仪上进行消解处理，然后再进行赶酸处理、定容处理，得到前处理后的试样溶液和空白试样溶液。
4.根据权利要求1所述的纤维样品的前处理方法，其特征在于，若纤维样品为原丝样品，则在所述加酸处理步骤中：所述酸体系为硝酸和氢氟酸；
加酸处理步骤包括：在加有试样的消解罐中依次加入8mL～10mL硝酸和1mL～2mL氢氟酸，并使试样均匀分布于酸体系中；
所述硝酸、氢氟酸均选用UPS电子级标准酸。
5.根据权利要求1所述的纤维样品的前处理方法，其特征在于，若纤维样品为碳纤维样品，则在所述加酸处理步骤中：所述酸体系为硝酸；
加酸处理步骤包括：在加有试样的消解罐中加入10mL～12mL硝酸，并使试样均匀分布于酸体系中；
所述硝酸均选用UPS电子级标准酸。
6.根据权利要求1所述的纤维样品的前处理方法，其特征在于，在所述消解处理步骤中：
将加酸处理后的消解罐按照微波消解仪使用要求装入相应的防爆外壳和支架内，再依次按照要求装到微波消解仪的圆盘底座上，按照所述升温曲线设定消解程序；消解程序结束后取出消解罐，旋开消解罐的排气螺帽释放罐内剩余压力；
所述消解罐的最大压力不小于2200psi。
7.根据权利要求1所述的纤维样品的前处理方法，其特征在于，在所述赶酸处理步骤中：
在消解处理后，将消解罐安装在电热消解仪上，进行赶酸处理；
所述赶酸处理的温度设置为170℃～180℃，所述赶酸处理的时间为以消解罐不冒黄烟为止；
所述赶酸处理结束时，消解罐中的液体为1mL～2mL；
提前将电热消解仪的加热温度设置为170℃～180℃，恒温保温时间设定为50min～55min，将消解处理后的消解罐置于电热消解仪上，进行赶酸处理。
8.根据权利要求1所述的纤维样品的前处理方法，其特征在于，在所述定容步骤中：在赶酸处理后，将消解罐中的液体转移至离心管中，并用硝酸溶液多次冲洗消解罐的内壁到相应的离心管中，以将消解罐中的液体能完全转移至离心管中；最后，用硝酸溶液将离心管的液体定容至设定体积；所述硝酸溶液的质量分数为2%～5%；设定体积为10mL～25mL；所述前处理后的试样溶液呈透明、清澈状。
9.根据权利要求1所述的纤维样品的前处理方法，其特征在于，在取样及加试样步骤之前，还包括纤维样品准备步骤：对待测纤维进行脱水处理，得到纤维样品；
纤维样品准备步骤还包括：将待测纤维剪成不大于5mm的短切丝；具体为：截取3～5米的待测纤维，折叠或绕成环状，于100℃～110℃的烘箱中脱水干燥处理1h～2h，在干燥器中冷却至室温后，剪成不大于5mm的短切丝。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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