摘要：采用电感耦合等离子体原子发射光谱仪测定白炭黑中铜、锰、铁元素的含量。用浓盐酸代替常 用的氢氟酸处理白炭黑试样，既可以有效避免氢氟酸残留对设备进样系统的损害，也可以起到减少雾化、去除溶剂干扰的作用。本方法实现了3种待测元素的同时测定，线性关系好，精密度高，加标回收率和线性 范围较好，结果可靠。

白炭黑是白色粉末状无定形硅酸和硅酸盐产品的总称，主要有沉淀法白炭黑、气相法白炭黑、凝胶法超细白炭黑等。白炭黑是多孔性物质，能 溶于苛性碱和氢氟酸，不溶于水、溶剂和酸（氢氟酸除外）。白炭黑是优良的白色补强剂，能赋予胶料较高的拉伸强度、拉断伸长率、撕裂强度、弹性 和耐热性能，因此作为橡胶和塑料制品的补强材 料被广泛应用[1-2] 。白炭黑中往往含有一定量的 铜、锰、铁等杂质元素，杂质元素含量是衡量白炭 黑品质的重要指标。这些杂质元素对白炭黑的性 能有重要影响，同时也会影响橡胶和塑料制品的 物理性能、导电性能和外观等。白炭黑中铜、锰、铁元素的测定方法有原子吸收光谱法、紫外可 见分光光度法和原子荧光光谱法等，以上方法过 程繁琐、复杂，只能对单一元素进行测定，不能实现多种元素的同时测定，耗时长、成本高。电感耦合等离子体原子（ICP）发射光谱法以惰性气体氩气为载气，试样溶液经雾化系统雾化后形成气溶 胶，由载气将待测样品带入等离子炬焰中，在高温和惰性氩气气氛中被充分蒸发、原子化、激发和电 离，发射出元素的特征谱线，根据不同元素特征谱 线强度不同的特点，可以同时对多种元素进行定 量分析，且具有快速、准确的特点。 本工作采用ICP发射光谱法测定白炭黑中铜、 锰、铁元素含量。

仪器

ICP发射光谱仪

电子天平

可调式电砂浴锅

250 mL瓷蒸发皿

50 mL量筒、 移液管（2，20和100 mL）、100 mL容量瓶和150 mL 漏斗

超纯水机

试剂

浓盐酸（优纯级）

乙酸酐（分析纯）

1 mg·mL^-1 铜标准储备液、 锰标准储备液和铁标准储备液

盐酸（体积分数为50%）

试样制备

白炭黑试样溶液

  用天平准确称取20. 000 8 g白炭黑样品，如果样品呈块状或大颗粒状，需在研钵中研磨至无颗粒。将白炭黑置于250 mL瓷蒸发皿中，向蒸发皿中缓慢加入50 mL浓盐酸，同时不断搅拌，以免样品迸溅，待浓盐酸完全加入后用玻璃棒搅拌均匀， 在80 ℃沙浴上蒸干至样品呈白色粉末状，将蒸干 后的样品置于通风橱内冷却至室温。向冷却后的样品中缓慢加入40 mL乙酸酐，放在80 ℃沙浴上 蒸干至样品呈浅黄色粉末，然后再加入40 mL乙酸酐，重复此过程2次，待样品完全蒸干后冷却至室温。用移液管在样品中精确加入100 mL体积分数 为50%的盐酸，加入过程中用玻璃棒不断搅拌，停放约5 min后用中速滤纸和玻璃漏斗进行过滤，滤液置于100 mL容量瓶，用体积分数为50%的盐酸定容，此时溶液中盐酸浓度过高，故再移取10 mL 滤液至100 mL容量瓶中，用超纯水定容至刻度，即得到试样溶液。

标准溶液

将铜、锰、铁元素的标准储备液配制成混合标样，同时配制空白试样。标准工作曲线由空白溶液和各元素的混合标样共7个点建立，通过ICP发射光谱仪自带工作站自动制作而成，其线性相关因数在0. 999以上即满足使用要求。

标准溶液的质量浓度范围必须覆盖样品溶 液的质量浓度范围，标准溶液按照质量浓度由高到低分别编号为STD-1，STD-2，STD-3，STD-4，STD-5和STD-6，配制过程如下。

STD-1：用移液管分别移取2 mL的铜、锰、铁 标准储备液至100 mL容量瓶中，用1%盐酸溶液 定容至刻度。其中，待测元素的质量浓度均为20 mg·L^-1 。

STD-2：用移液管移取STD-1溶液25 mL至 100 mL容量瓶中，用5%盐酸溶液定容至刻度。其 中，待测元素的质量浓度均为5 mg·L^-1 。

STD-3：用移液管移取STD-2溶液20 mL至 100 mL容量瓶中，用5%盐酸溶液定容至刻度。其 中，待测元素的质量浓度均为1 mg·L-1 。

STD-4：用移液管移取STD-3溶液20 mL至 100 mL容量瓶中，用5%盐酸溶液定容至刻度。其中，待测元素的质量浓度均为0. 2 mg·L^-1 。

STD-5：用移液管移取STD-4溶液25 mL至 100 mL容量瓶中，用5%盐酸溶液定容至刻度。其中，待测元素的质量浓度均为0. 05 mg·L^-1 。

STD-6：用移液管移取STD-5溶液20 mL至 100 mL容量瓶中，用5%盐酸溶液定容至刻度。其中，待测元素的质量浓度均为0. 01 mg·L-1 。空白试样采用5%盐酸溶液。

试验条件

经过多次测试确认，采 用ICP发射光谱仪检测待测元素使用的最佳测定波长分别为铜 324. 756 nm，锰 257. 611 nm，铁 238. 204 nm。

ICP发射光谱仪工作条件为：功率 1. 2 kW， 等离子体气体流速 15 L·min-1 ，雾化器气体流 速 1. 5 L·min-1 ，泵速 15 r·min-1 ，冲洗时间 30 s。

测试步骤

（1）开启ICP发射光谱仪和软件，打开气源，待设备稳定后进行点火，然后选择设定的条件，冲洗 设备5 min。

（2）首先进行空白测试，然后从低质量浓度到高质量浓度样品依次进样，建立标准工作曲线，线 性相关因数达到0. 999以上，方可进行样品测试。

（3）将试样溶液放入进样管，点击测试，设备自动进样。试样溶液检测完毕，设备显示元素检测质量浓度。

数据分析和处理

本试验中ICP发射光谱仪显示结果可自动扣除空白试样中待测元素的浓度，将测试所得的元素质量浓度代入以下公式即可计算得到白炭黑中 铜、锰、铁元素的含量X（mg·kg^-1 ）。

式中：

C为试样溶液中元素i的质量浓度，mg·L^-1;

V为试样溶液的定容体积，mL;

m为白炭黑的质量，g；

n为溶液稀释倍数，本次试验中n取10。

结果与讨论

方法的选择

由于白炭黑主要由二氧化硅组成，一般情况下用氢氟酸处理样品，二氧化硅以四氟化硅的形 式挥发，处理后的样品有氢氟酸残留，但氢氟酸对玻璃制品具有较强的腐蚀性，ICP发射光谱仪的进样系统中维持ICP持续放电的等离子矩管是由3层 同心石英管组成的装置 ，样品中残留的氢氟酸会对设备的进样系统造成损害。本试验采用浓盐酸对白炭黑进行酸化，并多次加入乙酸酐，用沙浴进行加热处理蒸干，既可以避免对设备的损害，也起到减少雾化、去除溶剂干扰的作用。 另外，本试验用混合标准溶液测定各元素的 含量，3种元素的出峰情况和线性范围良好，未出现相互干扰现象。同时还采取设备自动扣除空白的方式检查在目标分析物出现的区域是否有干扰信号和峰等，排除了化学干扰。

检出限和定量限

本试验方法的检出限和定量限用空白标准偏 差法进行评估，即通过分析大量的空白样品或 加入最低可接受质量浓度元素的空白样品来确定 检出限，独立测试的次数应不小于10，计算测试结 果的标准偏差（s），3s即为该方法的检出限，检出限 的3倍即作为该方法的定量限。本方法测定检出 限和定量限时，加入最低可接受质量浓度为0. 01 mg·L^-1 的待测元素，分别进行10次独立测试，测定的检出限和定量限如表2所示。

精密度

本试验的精密度用试样溶液测试结果的相对 标准偏差表示[10] 。取1个白炭黑样品，经酸化、过滤、移取、定容制成试样溶液，对该试样溶液进行7 次独立测试，分别计算7次测试结果的平均值、s和 相对标准偏差（RSD），结果如表3所示。

由表3可以看出，3种元素的质量浓度均小于 10 mg·L^-1 ，RSD均小于7. 5%，精密度符合要求。

加标回收率

向试样溶液中加入接近等质量浓度的标准 溶液（加标），测定试样溶液和加标溶液中3种元素的质量浓度，计算加标回收率，试验结果如表4 所示。

由表4可以看出，加标溶液中3种元素的质量浓度均小于10 mg·L-1 ，加标回收率在90%～110%之间，准确度符合要求。

线性范围

线性范围采用校准曲线法定量，设置铜、锰、 铁元素的测试波长分别为324. 756，257. 611和 238. 204 nm，3种元素的校准曲线的线性相关因数 均在0. 999 9以上，以±0. 06 nm为积分宽度，3种元素均可得到良好的峰形。

方法依据：

        牛飞,袁桂真,高明等.电感耦合等离子体原子发射光谱法测定白炭黑中铜、锰、铁元素含量[J].橡胶科技, 2024, 22 (01): 53-56. 

仪器参数

ICP-6800电感耦合等离子体发射光谱仪（标准机）

产品简介

ICP-6800型电感耦合等离子体发射光谱仪是我公司经多年技术积累而开发的电感耦合等离子体发射光谱仪，用于测定各种物质（可溶解于盐酸、硝酸、氢氟酸等）中的微量、痕量金属元素或非金属元素的含量，自动化程度高、操作简便、稳定可靠。目前仪器广泛应用于稀土、地质、冶金、化工、环保、临床医药、石油制品、半导体、食品、生物样品、刑事科学、农业研究等各个领域。

工作环境

内容                    适应范围

贮存运输温度            15℃-25℃

贮存运输相对湿度        ≤70％

大气压                86-106 kPa

电源适应能力            220±10v  50-60MHz

工作湿度                ≤70％

工作温度                15℃-30℃

技术指标

固态电源技术指标

电路类型：电感反馈式自激振荡电路，同轴电缆输出，匹配调谐，功率反馈闭环自动控制

工作频率：27.12MHz±0.05%

频率稳定性：＜0.1%

输出功率：800W—1200W

输出功率稳定性：＜0.3%

电磁场泄漏辐射强度：距机箱30cm处电场强度E：＜2V/m

进样系统技术指标

输出工作线圈内径25mm

矩管，三同心型，外径20mm的石英矩管

同轴型喷雾器外径6mm

双筒形雾室外径34mm

氩气流量计规格和载气压力表规格

1.等离子气流量计（100-1000）L/h (1.6-16L/min)

2.辅助气流量计（10-100）L/h (0.16-1.66L/min)

3.载气流量计（10-100）L/h (0.16-1.66L/min)

4.载气稳压阀（0-0.4MPa）

5.冷却循环水：水温20-25℃ 流量>5L/min 水压>0.1MPa

单色器技术指标

光路：Czerny-Turner

焦距：1000mm

光栅规格：离子刻蚀全息光栅，刻线密度3600线/mm(可选用刻线密度2400线/mm)

线色散率倒数：0.26nm/mm

分辨率：≤0.007nm(3600刻线）. ≤0.015nm(2400刻线）

扫描波长范围：3600线/mm扫描波长范围：190—500nm; 2400线/mm扫描波长范围：190—800nm

步进电机驱动最小步距:0.0006 nm

出射狭缝：12μm入射狭缝：10μm

光电转换器技术指标

光电倍增管规格：R293或R298

光电倍增管负高压：0-1000V稳定性＜0.05% 

整机技术指标

扫描波长范围：195nm～500nm（3600L/mm光栅）195nm～800nm（2400L/mm 光栅）

重复性：（即短期稳定度）相对标准偏差RSD≤1.5％

稳定性：相对标准偏差RSD≤2％

检出限（µg/L）：

关于我们

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上海澳门威斯尼斯人网页游戏有限公司(以下简称美析)，是一家具有自主知识产权的高新技术企业，美析的创业理念“科技——因你改变”，并以此为企业宗旨，不断探究、果敢创新。特别是在分析测试仪器领域，不断开发出先进的产品，使美析成为优质仪器资源的供应者。

美析主营光谱类仪器可见分光光度计、紫外可见分光光度计、原子吸收光谱仪、超微量分光光度计、原子荧光光度计、ICP 电感耦合等离子体发射光谱仪、ICP 电感耦合等离子体质谱仪，目前，我们的产品已广泛应用于有机化学、无机化学、生物化学、医药、环保、冶金、石油、农业等领域。同时美析利用在产品机械结构、光学设计、电气应用和软件开发方面积累的丰富经验，结合市场的最新实际需求，近期将陆续推出一批全新的分析类仪器。美析的总部及生产基地设在上海，营销中心设在北京，并在江苏、上海、山东三地建有研发基地。为充分利用各地的智力资源，美析与国内外的部分科研单位也进行了深层次的科研合作，不断将科研成果转化为生产力。为更好的服务于广大客户，澳门威斯尼斯人网页游戏国内设有 12家办事机构，度身定制符合您需求的应用解决方案，提高产品的附加值。在不断服务国内用户的同时，美析也与 20 多个国家的分销机构建立了深度的战略合作关系。

（澳门威斯尼斯人网页游戏不仅仅只是一家高新技术认证企业，更通过了 CE 认证、FCC 认证、RoHS 认证以

及国内多项资质审查认证，并有着多项自行研发的光谱类专利版权等等）