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使用安捷倫 ICP-OES 對碳酸鋰中的14 種雜質元素進行快速測定

提供者:上海斯邁歐分析儀器有限公司   發布時間:2020/11/10  閱讀次數:44次   進入該公司展臺

 摘要:本文介紹了一種使用 Agilent 5110 電感耦合等離子體發射光譜儀 (ICP-OES) 分析鋰原材料碳酸鋰中多種雜質元素的方法,并對該方法進行了系統驗證。結果顯示,該方法的加標回收率均在 94%–104% 之間,且 2.5 h 穩定性實驗結果的相對標準偏差 (RSD) 小于 2%,證明該方法具有良好的準確度和穩定性,適用于對多品牌、多批次碳酸鋰中的雜質元素進行分析。

前言:隨著國家大力發展新能源技術,鋰離子電池以其重量輕、容量大、電壓高、無記憶效應等優點得到廣泛應用。正極材料、負極材料、隔膜和電解液是鋰離子電池的四大組成部分,其中正極材料占鋰離子電池總成本的 40% 以上。碳酸鋰是制備正極材料的關鍵原材料,因此在新能源汽車及動力電池上游產業中備受關注。碳酸鋰材料的品質直接決定其價位,而雜質分析是判定其品質優劣必不可少的環節。目前國內主要依據《碳酸鋰、單水氫氧化鋰、氯化鋰化學分析方法 第 16 部分:鈣、鎂、銅、鉛、鋅、鎳、錳、鎘、鋁量的測定電感耦合等離子體原子發射光譜法》(GB/T 11064.16-2013)[1]、 IEC 62321《電子電氣產品中限用的六種物質(鉛、汞、鎘、六價鉻、多溴聯苯、多溴聯苯醚)濃度的測定程序》[2] 標準對碳酸鋰中的雜質元素進行分析。這兩項標準均采用 ICP-OES 通過標準曲線法進行分析,但是碳酸鋰中大量存在的鋰離子會使部分元素(如 Na 和 K)的分析結果受到易電離元素 (EIE) 的干擾,使測量結果偏高。為了盡量減小或消除 EIE 干擾,常用 ICP-OES 的垂直觀測模式進行分析,但是這種方案的靈敏度較低,無法滿足電池級碳酸鋰的分析要求。同時,碳酸鋰中硅 (Si) 的測定依據《碳酸鋰、單水氫氧化鋰、氯化鋰化學分析方法 第 8 部分 硅量的測定鉬藍分光光度法》(GB/T 11064.8-2013)[3],該方法的樣品前處理過程復雜,且精密度不高,人們迫切需要一種更準確高效的 Si 元素分析方法。本文借助 Agilent 5110 電感耦合等離子體發射光譜儀 (ICP-OES) 特有的冷錐結合垂直炬管雙向觀測的優勢,通過標準加入法有效解決了以上兩大難題,建立了一種快速測定碳酸鋰中 K、Na、 Al、Ca、Cd、Cu、Fe、Mg、Mn、Ni、Pb、S、Zn 和 Si 等 14 種元素的方法。

實驗部分:試劑、標準品和樣品高純硝酸購于蘇州晶瑞公司;10 mg/L 多元素標準溶液 2A(部件號 8500-6940)、10 mg/L 多元素標準溶液 4(部件號 8500-6942),均購自安捷倫科技公司;實驗用水為 Millipore Milli-Q 超純水系統現制備的高純去離子水;樣品為市售產品。

儀器和設備:采用 Agilent 5110 ICP-OES,該儀器配備 Vista Chip II 檢測器,處理速度達 1 MHz,整個波長范圍一次測量一次讀出,具有更快的分析速度(在本實驗中,完成一個樣品分析僅需 50 s),且每個樣品分析的氣體消耗量更少。同時該儀器擁有較寬的線性動態范圍,有助于最大限度減少額外的樣品稀釋或同一樣品多次讀數的需要,從而進一步提高樣品通量。其它設備包括:勝譜 HT-300 實驗電熱板;Mettler-Toledo MS204S 萬分之一電子天平和 Millipore Milli-Q 超純水系統。

標準溶液和樣品溶液的配制碳酸鋰樣品溶液的配制準確稱取固體樣品 0.3 g(至 0.0001 g)于聚四氟乙烯消解罐中,緩慢加入 2–3 mL 濃硝酸,加蓋,置于電熱板上在 120 °C 下消解 30 min 至溶液澄清透明,冷卻后用超純水定容至 30 mL。樣品設置 2 個平行試驗組、2 個加標組,同時設置 2 個樣品空白組。碳酸鋰雜質分析標準溶液的配制隨機選取消解好的樣品溶液做溶劑來配制雜質分析的標準曲線。混合元素標準溶液的配制:用樣品溶液作溶劑逐級稀釋多元素標準溶液 2A,配制成 0.005、0.01、0.02、0.05、0.1 和 0.2 mg/L 的混合元素標準溶液。 S 和 Si 標準溶液的配制:用樣品溶液作溶劑逐級稀釋多元素標準溶液 4,配制成 0.02、0.05、0.1 和 0.2 mg/L 的 S 和 Si 標準溶液。儀器條件炬管 標配一體化炬管霧化器 SeaSpray 高鹽霧化器霧化室 雙通道玻璃旋流霧化室讀取時間 (s) 10 重復次數 3 樣品提升延遲 (s) 12 穩定時間 (s) 8 快泵 (rpm) 60 泵速 (rpm) 12 RF 功率 (kW) 1.2 等離子體流速 (L/min) 12 輔助氣流速 (L/min) 1.0 霧化氣流速 (L/min) 0.7

結果與討論:標準曲線和線性本文采用標準加入法,通過分別對混合元素標準溶液、S 和 Si 標準溶液進行分析,從而獲得各雜質元素的標準曲線和線性情況。結果發現,所考察的 14 種雜質元素(包括難測元素 Pb)的線性相關系數均大于 0.9995,碳酸鋰檢測重點關注元素的標準曲線如圖 1 所示

 

 

 

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