ICP-OES电感耦合等离子体光谱仪检测碳酸锂中硫酸根的含量的研究
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1 ICP-OES电感耦合等离子体光谱仪工作原理与应用
1.1 ICP-OES电感耦合等离子体光谱仪工作原理
ICP-OES在工作中利用高频振荡器产生的高频电流，通过耦合系统连接到位于等离子发生管上端的管状感应线圈上，产生高频电磁场，主要工作气体氩气通过等离子体发生装置中间部位的管道处进入电磁场，在巨大能量的影响下发生电离，离子和电子状态下的电离气体与氖原子发生激烈的反应，形成一个温度在8 000℃左右的等离子体炬区面，呈现火焰放电状。同时，由于等离子体发生管是由石英制成，设备运行过程中可能会由于受热损坏，氩气同时作为辅助气体和冷却气体，通过位于等离子体发生管内的通道，起到保护中管，冷却石英管壁和稳定等离子体炬的作用。技术人员将待检测样本放入设备中之后，经过处理的样品溶液通过雾化器进入管内，并以气溶胶的形式进入等离子体炬，在高温环境下被充分蒸发，经过原子化、电离和激发，转变成相应的离子[1]。这些处于激发状态的离子从高能态跃迁到较低能级时，会释放出大量的能量，这种能量变化能够被仪器捕捉并表现出来，不同种类的元素在仪器上形成相对应的特征谱线，而不同浓度的离子含量也会在谱线强度上有差异，检测人员则通过将相对应的谱线和强度对照已知浓度的标准溶液曲线，进而分析出样品中的元素种类与含量。
1.2 ICP-OES电感耦合等离子体光谱仪的应用
ICP-OES电感耦合等离子体光谱仪在多个行业中都有着比较广泛的应用，常用于微量和部分常量元素的定量定性分析，其主要应用范围包括：机械化工领域：难熔合金的元素含量分析与测定；纯度较高的有色金属元素含量分析与测定；电池材料生产用元素含量分析与测定；电子设备、通讯器材中有害元素含量分析与测定；医疗器械有害元素、化学成分分析与测定。食品、用品安全领域：食品及包装中有害物质分析与测定；水中有害重金属含量分析与测定；食品容器中有害成分分析与测定；玩具中重金属、有害物质成分分析与测定；化妆品、洗护用品及其包装中的成分分析与测定。医疗安全领域：中西药、药物包装中的成分分析与测定；生物组织中有机成分、微量元素的分析与测定；保健品中的成分分析与测定[2]。
2 实验准备
实验进行之前，需要进行适当的实验设备、材料准备工作。
实验试剂水，GB/T6682标准中规定的一级水；硝酸，优级纯；硫酸根标准溶液，1 000μg/m L。
实验仪器：Aivo200电感耦合等离子体光谱仪，PerkinElmer；分析天平，精度为±0.000 1 g;100 m L烧杯；100 m L容量瓶。
样品制备：将样品用四分法进行缩分，从中取出50 g样品，并将其置于洁净、干燥的样品袋中备用。
实验流程预设为：样品前处理、标准溶液制备、测定、数据处理等。
实验所参照的规范性引用文件包括：GB/T 6682分析实验室用水规格和试验方法；GB/T 8170数值修约规则与极限数值的表示和判定。
3 实验流程
3.1 实验步骤
标准溶液制备：首先将1 000μg/m L硫酸根标准溶液配制成10μg/m L的硫酸根标准溶液，再分别吸取低质量浓度标液0、1、5、10、20 m L放入5个100 m L容量瓶中，并分别加入15 m L硝酸溶液（1∶1），加入一级水定容，充分摇匀后放置备用。所得到标准溶液的质量浓度为0、0.1、0.5、1、2 mg/L。空白对照组除了不加试样之外，与试样测定采用完全相同的试剂内容与分析步骤。
标准溶液可以通过以上方法制备，或者也可以直接购买符合标准的标准溶液使用。
样品处理:在烧杯中称1.000 0 g碳酸锂样品，加15 m L硝酸溶液（1∶1）将样品完全溶解，样品在溶解时会产生大量的二氧化碳，注意加盖表面皿防止样品溶液溅出，溶解后完全转移至100 m L容量瓶中，加一级水定容摇匀。
开启ICP-OES电感耦合等离子体光谱仪，在电感耦合等离子体光谱仪开启并达到稳定状态之后，在仪器上将标准空白、工作曲线的系列标准溶液及试剂空白与分析试液按照顺序进行测定，并从仪器中直接读取结果。
3.2 硫测定波长选择
硫测定波长的选择也是硫酸根测定的重要步骤，在实验中，在对不同浓度溶液的硫测定波长进行测定时，会产生完全不同的硫测定波长。从理论角度来看，硫测定波长应当从灵敏度、背景强度等方向进行判定。
181.975 nm、180.669 nm两个波长能够满足硫酸根检测活动对于波长的基本要求，从具体数据内容进行分析，181.975 nm的波长灵敏度比180.669 nm的灵敏度相对较高，很容易受到外界其他因素的干扰与影响。因此，综合以上多种因素，本次实验选择180.669 nm作为硫的测定波长。
3.3 观测位选择
观测位选择也是非常重要的，表1为径向硫、轴向硫两个波长对应标准曲线各点的强度值与相关性。
表1 径向硫、轴向硫两个波长对应标准曲线各点的强度值与相关性 下载原图
根据表1中的内容可知，在径向观测时，181.975 nm的硫波长具备背景强度高、灵敏性低、信背比大的特征，而181.669 nm的硫波长具备背景强度低、灵敏性高、信背比大的特征。
根据这一特点可以推断，在具体的实验过程中，181.669 nm的硫波长具备更强的准确性。其次，在同一个溶液浓度背景下，以0.660 0 mg/L为例，对信背比进行计算时，其径向信背比为678.1/6.6，其轴向信背比为3128.2/111.3，从数据来看，径向信背比明显大于轴向信背比，因此，本次实验建议选择180.669 nm处径检测。
3.4 加标回收率
对加标之后的回收率进行实验与测定也是非常重要的，只有在符合方法要求的基础上才能够顺利完成实验。表2为利用加标法验证径向回收率实验的结果。
表2 径向回收率实验结果
通过对表2内容进行分析可知，在上述不同浓度的溶液中，回收率基本都能够满足实验需求。
3.5 检出限与精密度测量
检出限的计算方法为3×空白的标准偏差。带入本次实验数据可以得出：检测限=3×0.009 069=0.027 mg/L[7]。
碳酸锂中硫酸根的质量分数计算公式为式（1）。
式中：w表示质量分数，%；ρ表示样本质量浓度，mg/L;V表示定容体积，L;f表示稀释倍数；m表示样本质量，g。
为了保证此次ICP-OES电感耦合等离子体光谱仪检测的结果能够确实符合实验需求，需要对硫含量进行模拟测定，本文共选择了3个碳酸锂样品，每个样品分别测定10次。具体计算情况如表3所示。
表3 精密度测验结果
通过对表3内容进行分析可知，本次实验的精密度测验的相对标准偏差在3%～4%左右，在实践中能够基本满足碳酸锂中硫酸根含量的检测需求。
4 结论
ICP-OES电感耦合等离子体光谱仪检测是当前比较流行的检测方式，主要适用于食品安全领域、机械化工领域、医疗安全领域等。本文以电池制造工业中碳酸锂内部硫酸根的含量检定工作为例，对ICP-OES应用于该领域的实验准备、实验流程进行详细分析发现，应用ICP-OES电感耦合等离子体光谱仪检测对碳酸锂中的硫酸根含量进行检测，其检出限低于0.03mg/kg，具备较强的精确性，此外，该方法在实践中还具备工作效率高等优势，在化学电池生产过程中具备一定的推广意义。
