浅析火焰光度法测定水泥及其原料中的碱含量

浅析火焰光度法测定水泥及其原料中的碱含量

梁明月

（宁波工程学院建工试验室，浙江，宁波，315016）

【摘要】本文阐述了GB176-2008《水泥化学分析方法》中的碱含量的基准测定方法——火焰光度法测定水泥及其原材料中的钾、钠的过程，探讨了试验的影响因素和控制要点，并提出了合理建议,利于提高检测的准确性，供同行参考。

【关键词】碱含量；水泥；火焰光度法

前言

碱含量是碱物质的含量，用Na2O合计当量表达，即碱=Na2O+0.658K2O[1]。碱含量主要从水泥生产原材料带入，碱含量高，可能产生碱—骨料反应，致使混凝土体积膨胀，产生裂缝[2]，严重者可使混凝土结构产生崩溃，碱—骨料反应被喻为混凝土结构的“癌症”[3]。因此，测定水泥及其原料中的碱含量具有重要意义。

水泥及其原材料中钾、钠测定的方法有火焰光度法、原子吸收光谱法等。GB176-2008《水泥化学分析方法》中的碱含量的基准测定方法是火焰光度法，该方法具有仪器设备简单，分析速度快，选择性强、灵敏度高等特点，所以应用比较广泛。

1．火焰光度法的原理

含有碱金属元素的供试品溶液用喷雾装置以气溶胶形式引入火焰光源中，靠火焰的热能将供试品元素原子化并激发出它们的特征光谱，通过光电检测系统测量出待测元素特征光谱的光强度可求出供试品中待测元素的含量。采用工作曲线法，事先确定辐射强度与元素含量的关系，则可由试样中被测元素受热后发射的辐射强度，求得试样中该元素的含量。

2．试验部分

2.1主要仪器与试剂．

PF6400型火焰光度计：上海精密科学仪器有限公司

氢氟酸＞40%硫酸（1+1）、碳酸铵溶液（100g/L）、甲基红指示剂（2g/L）

氨水（1+1）、盐酸（1+1）、1.00mg/ml钾标准溶液、1.00mg/ml钠标准溶液

2.2样品制备

方法提要：试样经氢氟酸—硫酸蒸发除去硅，用热水浸取残渣，以氨水和碳酸铵分离铁、铝、钙、镁。滤液中的钾、钠用火焰光度计进行测定。

分析步骤：精确称取0.2g试样，置于铂皿中，加入少量水润湿，加入5-7ml氢氟酸和15-20滴硫酸（1+1），通风橱内低温电热板上加热，近干时摇动铂皿，以防溅失，待氢氟酸驱尽后逐渐升高温度，继续将三氧化硫白烟驱尽，取下冷却。加入40-50ml热水，压碎残渣使其溶解，加入1滴甲基红指示剂（2g/L），用氨水（1+1）中和至黄色，再加入10ml碳酸铵溶液（100g/L），搅拌，放入通风橱内电热板上加热至沸并微沸20-30min。用快速滤纸过滤，以热水充分洗涤，滤液及洗液收集于100ml容量瓶中，冷却至室温。用盐酸（1+1）中和至微红色，用水稀释至标线，混匀。

2.3样品分析

2.3.1工作曲线的绘制

吸取钾标准溶液和钠标准溶液0，2.50，5.00，10.00，15.00，20.00ml分别移入500ml容量瓶中，用水稀至刻度，溶液浓度为0，5.0，10.0，20.0，30.0，40.0mg/L。

调试火焰光度计至最佳测量条件，按仪器使用规程测定所配制溶液，以测得的检流计读数与对应元素浓度绘制工作曲线(图1)。

图2火焰形状最佳状态

2.3.2样品测定

在火焰光度计上，与做标准曲线相同的仪器条件下进行测定。在工作曲线上分别查出Na2O和K2O的含量并计算结果。

3．试样处理过程解析

3.1使用氢氟酸-硫酸混合酸处理试样的目的是测定二氧化硅以外的其他组分，二氧化硅则以四氟化硅形式挥发，加入硫酸的作用是利用硫酸的沸点（338℃），高于氢氟酸的沸点（120℃），加热除去剩余的氢氟酸，防止铁、铝等形成稳定的氟配合物而干扰测定[4]。

3.2所加硫酸的量应能满足各阳离子完全形成硫酸盐的需要。如果硫酸量不足，将生成氟化物包裹溶解度较小的钠盐，随后又被分离的铁、铝、钙、镁新沉淀包裹，过滤除去，使钠检测结果偏低[5]。

3.3碳酸铵溶液应新鲜配置，久置会失效，影响去除钙、镁。加入碳酸铵溶液后，要搅拌，加热至沸并保持微沸20-30min，其间应摇动铂皿，使多余的碳酸铵分解完全。加热蒸发时温度不能过低，以防碳酸钙和碳酸镁再次分解[6][8]。

3.4在以氨水和碳酸铵分离铁、铝、钙、镁之后的滤液中，仍存在一定量的Ca2+，正常条件下，滤液中氧化钙的含量一般都在10mg以下，滤液稀释至100ml时，氧化钙的浓度在100ppm以下，对钾、钠的测定无明显影响[5]。

3.5除氧化钙外，水泥中的其他组分如铁、钛、铝、镁等，在操作条件下对钾、钠的测定均无影响[5]。

4．控制要点分析与建议

检测中涉及化学、物理、光谱等影响因素，对测定结果产生影响，要重视这些细节。

4.1氢氟酸对人体有严重危害性，应在通风橱中进行，注意安全防护工作。

4.2氢氟酸会腐蚀玻璃而使检测结果偏大，量取时要用塑料量杯[7]；处理样品时，一定要加热到三氧化硫白烟驱尽，防止残留的氢氟酸侵蚀玻璃器皿；后续的处理过程也应避免用玻璃制品，试样制备成溶液后，应及时测定，最好试液定容后倒入塑料瓶。

4.3试样在铂皿中加热，可以盖上铂皿盖，留一条缝隙，以防溅失。

4.4处理试样溶液，所用器具用去离子水冲洗，以免带入空白；做工作曲线也以去离子水为好。

4.5试样制备对测定结果影响较大，建议每测一批试样现做工作曲线，同时做一个标准样，便于对照。

4.6因谱线的自吸影响，工作曲线（图1）在高浓度时呈非线性关系，故测定浓度高的试样，需将溶液稀释至适当的浓度再测[6][8]。

4.7火焰光度计的火焰大小、稳定程度对测试结果影响较大，须调试仪器至最佳状态：仪器点火后,调节各旋钮，使气路压力稳定，火焰稳定呈浅蓝色，高度约为4cm(图2)，预热20min后方可进行测试。

4.8试液中不含有固体颗粒，测定结束后用去离子水进行喷雾冲洗，以保持雾化系统清洁通畅。

5．结语

综上所述，火焰光度法测定水泥及其原料中的碱含量的影响因素很多,本文较全面地分析了试验的各种影响因素和控制要点,有利于提高检测的准确性。

参考文献：

[1]GB176-2008．水泥化学分析方法[S]．北京：北京标准出版社．2008

[2]马振珠，刘元新，苏刚喜，王祥．水泥材料成分检验[M]．北京：中国建材工业出版，2006：23

[3]闫宏生．混凝土碱骨料反应的成因及其预防措施[J]．粉煤灰综合利用，2008，6：47-50

[4]周正立，周君玉．水泥化验与质量操作技术问答[M]．北京：化学工业出版社，2010：65

[5]张绍周，辛志军，倪竹君等．水泥化学分析[M]．北京：化学工业出版社，2007：173-179

[6]葛青山．探讨水泥检测中碱含量的因素分析及应对措施[J]．建材与装饰，2011，6：229-230

[7]黄敏文，苑星海，林穗云，周天泽．化学分析的样品处理[M]．北京：化学工业出版社，2007：31

[8]边华英，白召军，张利萍．火焰光度法测定砼外加剂碱含量[J]．河南建材，2004，1：42-43

作者简介：

梁明月，工程师，宁波工程学院建工试验室