蓝宝石用高纯氧化铝粉体原料中的杂质如何测定？

中国粉体网讯  高纯氧化铝粉体是生产蓝宝石单晶的重要原料，呈白色微粉状，粒度均匀，无色无味，难溶于水，能溶于无机酸和碱性溶液，化学性能稳定，具有良好的烧结性能。近年来，市场对高端高纯氧化铝的需求逐渐增大，作为蓝宝石单晶原料的氧化铝粉体在纯度和杂质含量上，都有极高的要求，蓝宝石中各类金属杂质会对蓝宝石的光学性能和热性能产生严重影响，因此需要对氧化铝中痕量杂质进行检测。

目前电感耦合等离子体发射光谱法(ICP-OES)检测高纯氧化铝多采用高压溶样和微波消解溶样两种溶样方法，国家标准《高纯氧化铝痕量金属元素测定电感耦合等离子发射光谱法》(GB/T 37248-2018)采用硫酸(1+3)高压溶样并用稀硫酸清洗溶样罐，国家标准《氧化铝化学分析方法和物理性能测定方法第1部分:微量元素含量的测定电感耦合等离子发射光谱法》(GB/T 6609.1-2018)采用硫酸(1+2)微波消解或盐酸(3+1)高压溶样，部分元素检出限仅有0.1%，难以满足高纯氧化铝检测要求。

其他高纯氧化铝检测方法包括化学分光光度法，火焰原子吸收光谱法，电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)，直流辉光放电质谱法(GD-MS)等。

其中，原子吸收光谱法对于多元素检测操作繁琐，实验周期长；直流辉光放电质谱法具有极高的精度和简单的前置步骤，但仪器价格以及维护费用极其昂贵，成本过高；分光光度法往往需要加入多种显色试剂，可能引入更多杂质；ICP-MS精度较ICP-OES高2个数量级，但价格较高，可检测范围较小，在检测ppm级物质时性价比不如ICP-OES，若元素含量较高，准确度也会有所下降。

高纯氧化铝中痕量硅的测定

高纯氧化铝粉体中二氧化硅的测定当前主要采用的方法有硅钼蓝显色法、原子吸收分光光度法、荧光光谱法和电感耦合等离子体发射光谱法(ICP-OES)三种。

硅钼蓝分光光度法是测定Si(IV)的最原始的方法，通常在酸性条件下用钼酸铵和硅反应生成硅钼黄，然后用还原剂还原成硅钼蓝显色，磷元素在硅钼蓝反应中有较大影响。

国内对分光光度法检测氧化铝中Si的研究多数精度不高，不适用于蓝宝石原料粉体的检测，行业标准《高纯氧化铝化学分析方法二氧化硅含量的测定正戊醇萃取钼蓝光度法》(YS/T 629.1-2007)虽然勉强达到ppm级，但所用仪器微波消解仪价格昂贵，成本较高。

ICP-OES法具有检测速度快，可同时检测多种元素等优点，国家标准《高纯氧化铝痕量金属元素的测定电感耦合等离子发射光谱法》(GB/T 37248-2018)，国家标准《氧化铝化学分析方法和物理性能测定方法第1部分:微量元素含量的测定电感耦合等离子发射光谱法》(GB/T 6609.1-2018)，建材标准《高纯氧化铝的痕量金属元素等离子体发射光谱检测方法》(JC/T 2147-2012)均采用ICP-OES法检测氧化铝中含有的微量或痕量Si(IV)，检测范围可达1-100ppm以内。但ICP-OES法需要液体进样，前处理可采用磷酸、硫酸、盐酸、硝酸溶解样品。其中磷酸和硫酸沸点高，不易挥发，对仪器设备损耗较大，盐酸、硝酸溶解效果不好。

荧光光谱法(AFS)采用熔融制样和粉体压片两种方法处理样品，采用固体进样，精准度高，回收率好。但以上两种仪器价格昂贵，通常大型企业或专业检测机构才有能力购买，不适于普通公司生产线检测推广。

ICP-OES检测高纯氧化铝粉体中痕量金属元素

电感耦合等离子体发射光谱仪采用液体进样，常见的固体样品前处理方法有浸泡法、直接溶解法、微波消解法、高压溶解法等。常用的无机溶剂为硝酸，盐酸，氢氟酸等易挥发溶剂，硫酸磷酸等高沸点溶剂，脱离高温点后易带着固体样品迅速凝结，堵塞进雾器，对检测造成影响，可以采用小批量检测，频繁清洗。部分难以溶解的样品，也会采用悬浊液进样的方式，同样会对检测造成影响。

北方民族大学的科研人员选用一定配比的磷硫混酸，在选定的高温高压条件下溶解氧化铝粉体后，用电感耦合等离子发射光谱仪能够迅速有效测定所得基质溶液中K、Ca、Na、Mg、Cd、Cr、Cu这7种金属元素的含量。

检测结果显示：K元素检测波长766.490nm，相关系数达到0.9999，11次检测相对标准偏差为3.16%，检出限0.005μg/g，25μg/g加标回收率为93.62%；Na元素检测波长589.592nm，相关系数达到0.9999，1 1次检测相对标准偏差为11.81%，检出限3.45μg/g，25μg/g加标回收率为101.42%；Ca元素检测波长396.847nm，相关系数达到0.9992，1 1次检测相对标准偏差为1.95%，检出限0.01μg/g，25μg/g加标回收率为101.53%；Mg元素检测波长285.213nm，相关系数达到0.9997，11次检测相对标准偏差为13.20%，检出限0.08μg/g，25μg/g加标回收率为97.46%；Cu元素检测波长327.393nm，相关系数达到0.9999，1 1次检测相对标准偏差为4.42%，检出限0.485μg/g，25μg/g加标回收率为93.05%；Cr元素检测波长267.716nm，相关系数达到0.9998，1 1次检测相对标准偏差为0.84%，检出限0.135μg/g，25μg/g加标回收率为109.25%；Cd元素检测波长228.802nm，相关系数达到0.9998，11次检测相对标准偏差为2.11%，检出限0.65μg/g，25μg/g加标回收率为99.47%。该结果较之GD-MS和ICP-MS，在检测范围内具有更好的稳定性。

资料来源：

王振越：蓝宝石位错密度检测及其原料痕量元素检测方法的研究

（中国粉体网编辑整理/平安）

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