1、电感耦合等离子体原子发射光谱法测定碳化硅中钒赵海珍，左良（天津华勘商品检验有限公司，天津300181）摘要：碳化硅是用石英砂、石油焦（或煤焦）、木屑为原料，通过电阻炉高温冶炼而成的一种耐火材料。由于碳化硅中含有的微量杂质元素会影响其性能，因此对杂质元素含量的检测非常有必要。重点研究了钒的检测方法，样品用硝酸、氢氟酸、盐酸溶解可溶成分，通过高氯酸冒烟驱走游离硅和二氧化硅以及氟，用盐酸复溶样品中可溶成分。选用电感耦合等离子体原子发射光谱法测定，确定了两条分析谱线相互对比，同时在选定条件下进行了精确度实验。实验结果显示，此方法适用于碳化硅（95%）样品中钒的测定，结果达到预期要求。关键词：碳化硅（9
2、5%）钒电感耦合等离子体原子发射光谱法酸溶法中图分类号：O657文献标识码：A文章编号：1004-7050（2022）09-0031-02碳化硅的主要成份是 SiC、FSi、SiO2和 FC，高纯碳化硅为无色透明结晶或无定形粉末，含杂质的碳化硅为绿色，固溶有炭和金属氧化物杂质的则成黑色。碳化硅拥有诸多优异性能，如高温强度高、耐腐蚀性强、抗氧化性优，抗热振性好等1，广泛应用于 3 类12 类单晶硅、多晶硅的高温窑具2、柴油车尾气净化器等领域3-5；此外，碳化硅还具有良好的导热性及半导体性质6，是高温、高频、抗辐射、大功率应用场合下极为理想的半导体材料，由于碳化硅功率器件可显著降低电子设备的能耗，
3、因此碳化硅器件也被誉为带动“新能源革命”的“绿色能源器件”。在当代 C、N、B 等非氧化物高技术耐火原料中，碳化硅为应用最广泛，最经济的一种。由于碳化硅的纯度会直接影响相应产品的质量，因此对碳化硅w（SiC）95%的杂质成分分析也具有重要的现实意义。基于目前尚未发现对碳化硅中钒的检验方法的报道，选用电感耦合等离子体原子发射光谱法（ICP-AES）7-9来检测碳化硅w（SiC）95%中钒的含量。选择 V311.071 nm 和V309.311 nm 作为分析谱线，通过光谱干扰和谱线选择，基体效应影响，校准曲线和检出限，方法精密度和加标回收率实验等条件实验来论证此方法的可行性。1实验部分1.1主要
4、仪器及参数Optima-8000DV 全谱直读等离子体发射光谱（美国PE 公司），仪器最佳工作条件见表 1。1.2主要试剂V 标准储备液（钢铁研究总院）：1.00 mg/mL；Fe 标准储备液（钢铁研究总院）：1.00 mg/mL；Al 标准储备液（钢铁研究总院）：1.00 mg/mL；Ca 标准储备溶液(钢铁研究总院)：1.00 mg/mL；V 标准工作液：10 g/mL；用 V 标准储备液稀释配制。实验所用盐酸、硝酸、氢氟酸、高氯酸，均为优级纯；实验用水为去离子水。1.3实验方法1.3.1样品处理称取 0.500 0 g 碳化硅w（SiC）95%样品于250 mL聚四氟乙烯烧杯中，分别加入
5、 5 mL硝酸、5mL 氢氟酸、5 mL盐酸和 5 mL高氯酸，于 180电热板上加热，蒸发至高氯酸烟冒尽，取下稍冷却，加入 12.5mL 盐酸，低温加热至可溶性成分溶解，取下冷却至室温。将溶液移至 250 mL容量瓶中稀释至刻度，摇匀，在室温下静置 3 h 至溶液澄清（或者将溶液直接过滤到 250 mL 容量瓶中，用 2%的盐酸冲洗沉淀数次，定容摇匀）。1.3.2标准溶液系列的配制分别移取钒标准工作液（10 g/mL）0.00、1.00、2.00、4.00、6.00 mL于 5 个 100 mL容量瓶中，分别加入5 mL盐酸，用水稀释至刻度，摇匀。此系列曲线含钒标准工作液质量浓度分别为 0.
6、00、0.10、0.20、0.40、0.60g/mL。1.3.3光谱干扰试验溶液配制分别移取 Fe、Al、Ca 标准储备液（1 mg/mL）10 mL于 100 mL容量瓶中，加入 5 mL盐酸，用水稀释至刻度，摇匀。此溶液 Fe、Al、Ca 质量浓度分别为 0.1 mg/mL。2结果与讨论2.1光谱干扰和谱线选择碳化硅w（SiC）95%待测液主要成分为沉淀收稿日期：2022-06-18作者简介：赵海珍，女，1981 年出生，毕业于天津师范大学，本科，工程师，研究方向为分析化学。总第 205 期2022 年第 9 期山西化工Shanxi Chemical IndustryTotal 205No
7、.9，2022DOI:10.16525/14-1109/tq.2022.09.012表 1ICP-AES 工作条件参数数值参数数值射频（RF）功率/kW1.3溶液提升量/（mL min-1）1.5冷却气流量/（L min-1）8.0扫描模式峰面积辅助气流量/（L min-1）0.2测量点/峰7雾化气流量/（L min-1）0.8观测方式轴向分析与测试山西化工第 42 卷表 3精密度实验结果%分析谱线/nm测定值（质量分数）平均值（质量分数）标准偏差相对标准偏差309.3110.026，0.0280.026，0.0250.026，0.0270.025，0.0250.027，0.0250.0260
8、.0014.05311.0710.025，0.0260.027，0.0250.026，0.0240.023，0.0250.024，0.0250.0250.0014.62物 SiC，其含量在 95%以上，游离硅和二氧化硅在氢氟酸和高氯酸溶解冒烟时，已经驱尽，可以忽略不计。用含有 0.1 mg/mL 的 Fe、Al、Ca试液做光谱干扰实验。实验结果表明，在 311.071 nm 和 309.311 nm 谱线内，Fe、Al、Ca 谱线没有干扰，Fe、Al、Ca 元素在 311.071nm 和 309.311 nm 分析谱线扫描窗口内均无波峰出现，其信号基线较平直与空白溶液几乎完全重合。在谱线库中，
9、以 0.05 nm 范围为基准，并未找到 Fe、Al、Ca 在 311.071 nm 和 309.311 nm 附近的干扰谱线，与实验结果相吻合。2.2基体效应影响碳化硅主要以沉淀的形态存在于溶液中，对钒的测定不存在基体干扰；游离硅和二氧化硅在用氢氟酸和高氯酸溶解冒烟时，已经驱尽，故不存在基体干扰；其余杂质元素（如 Fe、Al、Ca 等）含量（质量分数）不超过 5%，基体影响也可以忽略不计。2.3校准曲线和检出限选择仪器最佳工作条件，对钒标准溶液系列的发射强度进行测定。以钒的质量浓度为横坐标，发射强度为纵坐标，绘制校准曲线，在同样条件下对标准溶液曲线中空白溶液连续测定 10 次，以 3 倍标准
10、偏差计算方法中钒的检出限，结果见表 2。2.4方法精密度实验选取同一碳化硅w（SiC）95%样品按照实验方法（1.3.1）进行 10 次重复性测定，对数据结果进行统计，计算出相对标准偏差，结果见表 3。2.5加标回收率实验在 3 份碳化硅（95%）样品中加入不同量的钒标准溶液，按照实验操作方法，进行加标回收率实验，实验结果见表 4。3样品分析按照实验方法对碳化硅w（SiC）95%样品中V 进行测定。为验证方法的正确性，将测定结果与其他方法的测定结果进行比对（GB/T 155031995 水质钒的测定钽试剂（BPHA）萃取分光光度法），结果见表 5。4结论结果表明，碳化硅w（SiC）95%主要以
11、沉淀形态分散在溶液体系中，游离硅和二氧化硅通过样品溶解已驱尽，不存在基体和光谱干扰;剩余杂质元素（Fe、Al 和 Ca 等元素）含量较低，基体不存在干扰。光谱干扰实验表明对测试元素无影响。钒的质量浓度在0.1 g/mL0.6 g/mL，其线性相关系数均不小于0.9998，此方法中钒的检出限为 0.002 g/mL，按照实验方法测定碳化硅w（SiC）95%中钒，结果相对标准偏差（RSD，n=10）为 4.05%4.62%，加标回收率在98.0%103.0%，结果较为理想。参考文献1黄进，吴昊天，万龙刚，等.重结晶碳化硅材料的制备与应用研究进展J.耐火材料，2017，51（1）：73-77.2肖俊
12、明，刘铭，李志强，等.碳化硅窑具的发展及应用J.金刚石与磨料磨具工程，1998（2）：43-45.3Sonntag A.New R-SiC extends service life in kiln furniture J.American Ceramic Society Bulletin,1997,76(11):51-54.4Way P S,Vlach T J,Bulley M J.High temperature ceramic filter:US,US6214078P.2001-04-10.5Joerg Adler.Ceramic Diesel Particulate FiltersJ.I
13、nternational Jour-nal of Applied Ceramic Technology,2005,2(6):429-439.6王思聪，季凌飞，吴燕，等.SiC 发光特性及其调控研究进展J.材料工程，2017，45（2）：102-111.7左良.电感耦合等离子体原子发射光谱（ICP-AES）法测定金属铬中的钒J.中国无机分析化学，2017，7（1）：57-59.8左良.电感耦合等离子体原子发射光谱（ICP-AES）法测定硅锆合金中的铝和钙J.中国无机分析化学，2016，6（4）：52-55.9卞大勇.电感耦合等离子体原子发射光谱（ICP-AES）法测定高含量碳化硅表面六种杂志成分
14、.冶金分析，2018，38（5）：72-77.表 2V 元素校准曲线的线性范围、相关系数和检出限分析谱线/nm线性范围/（g mL-1）相关系数检出限309.3110.10.60.999 9260.002 0311.0710.10.60.999 9760.001 9表 4试样加标回收率实验%分析谱线/nm加标前测定值（质量分数）加入值加标后测定值（质量分数）回收率309.3110.0260.0250.0270.100.200.300.1290.2210.327103.098.0100.0311.0710.0250.0260.0240.100.200.300.1260.2290.321101.0
15、101.599.0表 5碳化硅w（SiC）95%样品中 V 的测定结果与其他方法比较%分析谱线/nm测定值（质量分数）/%其他方法测定值（质量分数）/%309.3110.0260.024311.0710.0250.024（英文摘要下转第 46 页）32山西化工第 42 卷Determination of Vanadium in Silicon Carbide(95%)by Inductively Coupled Plasma AtomicEmission SpectrometryZhao Haizhen,Zuo Liang（Tianjin Huakan Product Testing Co.,
16、Ltd.,Tianjin 300181）Abstract:Silicon carbide is a refractory material made of quartz sand,petroleum coke(or coal coke)and wood chips by smelting in anelectric resistance furnace at high temperature.Because the trace impurities contained in silicon carbide will affect its performance,it isnecessary to detect the content of impurities.The detection method of V was emphatically studied.The soluble components in the samplewere dissolved with nitric acid,hydrofluoric acid and hydrochloric acid,the fr