一种原子吸收光谱法测定沥青中微量金属元素含量的方法

摘要

本发明涉及一种原子吸收光谱法测定沥青中微量金属元素含量的方法，该方法包括以下步骤：⑴配制标准系列溶液：配制铜元素、锰元素、锌元素、镍元素、铁元素、钙元素、铬元素、钒元素、钡元素的标准系列溶液；⑵建立仪器方法——火焰部分；⑶建立仪器方法——石墨部分；⑷建立标准曲线：A采用火焰原子吸收光谱仪建立铜元素、锰元素、锌元素、镍元素、铁元素、钙元素、铬元素的原子吸收光谱标准曲线；B采用石墨原子吸收光谱仪建立钒元素、钡元素的标准曲线；⑸测试待测样品。本发明系统、准确、重现性高。

说明书

技术领域

本发明涉及道路工程应用领域，尤其涉及一种原子吸收光谱法测定沥青中微量金属元素含量的方法。

背景技术

沥青不是单一的物质，而是由多种化合物组成的混合物，成分极其复杂。从化学元素分析来看，其主要有碳（C）、氢 （H）两种化学元素组成，故又称为碳氢化合物。通常石油沥青中碳和氢含量占98%~99%，其中，碳含量为84%~87%，氢为11%~15%。此外，沥青中还含有少量的硫（S）、氮（N）、氧（O）等。除上述五种常量元素外，所有的沥青中都含有极微量的其他元素，其含量一般不超过0.01%~0.3%。目前在石油沥青中发现50多种微量元素，它们主要包括钠、镍、铁、镁和钙等。沥青中的酸性化合物与金属离子等结合生成盐类，这些盐类可能就是微量元素的主要存在形式。虽然金属元素的含量极少，但沥青中有害金属元素对水体的危害性研究国内外已有相关报道，主要是由于沥青路面在使用过程中，汽车尾气的不断排放、轮胎磨耗等使得金属进入沥青路面中，随着雨水的冲涮而析出，造成公路周围水体或土壤的金属污染。同时，研究沥青中存在的微量金属元素对沥青的加工、生产及运输等过程都有重要的理论和现实意义。另外，不同油源及不同加工工艺，各微量元素在沥青中的含量也有所区别，通过对不同品牌沥青的微量金属含量进行规律分析，起到鉴别沥青的目的。目前国内尚无系统地测定沥青中微量金属元素的方法，因此建立各个元素相对应的测试方法，对于研究沥青组成具有重要意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种系统、准确、重现性高的原子吸收光谱法测定沥青中微量金属元素含量的方法。

为解决上述问题，本发明所述的一种原子吸收光谱法测定沥青中微量金属元素含量的方法，包括以下步骤：

⑴配制标准系列溶液：

将购买于国家有色金属及电子材料分析测试中心浓度均为1mg/mL的铜元素、锰元素、锌元素、镍元素、铁元素、钙元素、铬元素标准溶液以质量浓度为0.2%的硝酸为介质，对其进行逐级稀释，按表1分别配制成铜元素、锰元素、锌元素、镍元素、铁元素、钙元素、铬元素的标准系列溶液；

将购买于国家有色金属及电子材料分析测试中心浓度为1mg/mL的钒元素、钡元素，以质量浓度为0.2%的硝酸为介质，分别配制浓度为200ug/mL的钒元素，浓度为80ug/mL的钡元素，然后按表2分别配制成钒元素、钡元素的标准系列溶液；

配制的溶液均贮存于聚四氟乙烯瓶中；

表1 火焰法测定元素含量的标准系列浓度设定

表2 石墨法测定元素含量的标准系列浓度设定

⑵建立仪器方法——火焰部分：

①进入方法设置；

②序列参数设定；

③光谱仪参数设定；

④火焰参数设定；

⑤校正参数设定：

点击校正，进入对话框，方法栏选择：一般线性最小二乘法，同时设置待测元素的5个标准系列浓度，所有的参数设定完毕，返回概述窗口，保存，点击确定即可；

⑶建立仪器方法——石墨部分：

Ⅰ进入方法设置；

Ⅱ序列参数设定；

Ⅲ光谱仪参数设定；

Ⅵ石墨炉参数设定；

Ⅴ校正的参数设定：

点击校正，进入对话框，标准系列浓度中分别设定主标准浓度及其他四个标准系列浓度，自动进样器将根据主标准浓度自动稀释其他标准系列；

Ⅵ进样参数设定：

点击进样，进入对话框，输入自动进样器的进样体积，标准制备中选择固定体积；

Ⅶ所有后参数设定完毕后，进行保存确认；

⑷建立标准曲线：

A采用火焰原子吸收光谱仪建立铜元素、锰元素、锌元素、镍元素、铁元素、钙元素、铬元素的原子吸收光谱标准曲线，其方法如下：

ⅰ启动操作软件，打开空气压缩机，设定压力为0.25MPa；

ⅱ打开乙炔气阀，压力调整在0.06~0.08MPa；

ⅲ安装空心阴极灯，并点亮预热15分钟；

ⅳ按住点火按钮，直至火焰点燃；

ⅴ调用所述步骤⑶相应元素的分析方法，将所述步骤⑴所得的各标准系列溶液采用吸液毛细管吸入后，以标准系列溶液浓度为横坐标，元素吸光度为纵坐标，分别建立铜元素、锰元素、锌元素、镍元素、铁元素、钙元素、铬元素的原子吸收光谱标准曲线；

B采用石墨原子吸收光谱仪建立钒元素、钡元素的标准曲线，其方法如下：

ⅰ启动操作软件，打开石墨炉电源；

ⅱ打开氩气钢瓶气阀，调整压力为0.11~0.13MPa；同时打开冷却循环水系统；

ⅲ在自动进样器的洗液瓶中装满去离子水，安装空心阴极灯，并点亮预热15分钟；

ⅳ调整自动进样器进样针的位置和深度，确保位于最佳位置；

ⅴ调用所述步骤⑵相应元素的分析方法，自动进样器将吸取所述步骤⑴所得的V、Ba主标准溶液，自动进样器自动稀释其他标准系列，最后以标准系列溶液浓度为横坐标、吸光度为纵坐标，分别建立钒元素、钡元素原子吸收光谱标准曲线；

⑸测试待测样品：

a选取不同品牌沥青，每种沥青各取3份，做平行性验证试验；

b待测样品的处理：分别取每种品牌沥青1~2g于瓷坩埚内，置于电炉上缓慢加热除去水分，逐渐升高温度至样品冒浓烟，烧尽并全部炭化；然后将所述瓷坩埚置于800~900℃马弗炉中灼烧2~4h，取出冷却至室温；其次在盛有样品的所述瓷坩埚内加入2~3mL质量浓度为65%的酸溶液，在电炉上加热溶解样品至酸挥发完全；最后用1~2mL质量浓度为0.05%~0.1%的酸溶液溶解残渣，若无法全部溶解，则需用滤膜过滤，并用质量浓度为0.05%~0.1%的酸溶液将待测样品定容至25mL的容量瓶内，摇匀即可；

c待测样品测试

采用火焰原子吸收光谱仪测定铜元素、锰元素、锌元素、镍元素、铁元素、钙元素、铬元素含量，其方法如下：仪器就绪后，将待测样品采用吸液毛细管吸入后，分别得到各元素的吸光度，由相应元素所对应的标准曲线即可得到其元素含量；

采用石墨原子吸收光谱仪测定钒元素、钡元素含量，其方法如下：自动进样器将自动吸取样品盘中的待测样品，分别得到各元素的吸光度，由相应元素的标准曲线即可得到元素含量。

所述步骤b中酸溶液是指硝酸、硫酸、盐酸中的一种。

所述铬元素含量的测定采用石墨原子吸收光谱法代替火焰原子吸收光谱法。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明采用原子吸收光谱法，通过建立各元素的标准曲线，达到快速测定沥青中元素含量的目的。

2、本发明样品处理流程简单，原子吸收光谱仪精确度高，数据可靠，结果复现性良好。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

图1为铜元素火焰原子吸收光谱标准曲线。

图2为锰元素火焰原子吸收光谱标准曲线。

图3为锌元素火焰原子吸收光谱标准曲线。

图4为镍元素火焰原子吸收光谱标准曲线。

图5为铁元素火焰原子吸收光谱标准曲线。

图6为钙元素火焰原子吸收光谱标准曲线。

图7为铬元素火焰原子吸收光谱标准曲线。

图8为钒元素石墨原子吸收光谱标准曲线。

图9为钡元素石墨原子吸收光谱标准曲线。

具体实施方式

一种原子吸收光谱法测定沥青中微量金属元素含量的方法，包括以下步骤：

⑴配制标准系列溶液：

将购买于国家有色金属及电子材料分析测试中心浓度均为1mg/mL的铜元素、锰元素、锌元素、镍元素、铁元素、钙元素、铬元素标准溶液以质量浓度为0.2%的硝酸为介质，对其进行逐级稀释，按表1分别配制成铜元素、锰元素、锌元素、镍元素、铁元素、钙元素、铬元素的标准系列溶液。

将购买于国家有色金属及电子材料分析测试中心浓度为1mg/mL的钒元素、钡元素，以质量浓度为0.2%的硝酸为介质，分别配制浓度为200ug/mL的钒元素，浓度为80ug/mL的钡元素，然后按表2分别配制成钒元素、钡元素的标准系列溶液。

配制的溶液均贮存于聚四氟乙烯瓶中。

表1 火焰法测定元素含量的标准系列浓度设定

表2 石墨法测定元素含量的标准系列浓度设定

⑵建立仪器方法——火焰部分：

①进入方法设置

点击系统操作软件中的方法设定按钮，弹出方法对话框，点击概述对话框，输入方法名称、操作者，在技术中选择火焰；

②序列参数设定

点击序列，出现序列对话框：然后点击改变元素，出现元素周期表，选择待测元素，在动作中，依次插入校正-试样空白-试样，样品的数量可在样品数目中输入，其它动作可根据需要进行设定；

③光谱仪参数设定

点击光谱仪，出现光谱仪对话框，参数设定一般已显示其中，点击光谱仪对话框右上角的元素符号，可查看并编辑每个元素的光谱仪参数；

④火焰参数设定

点击火焰，进入对话框，缺省的参数设定已显示其中，无需进行修改；

⑤校正参数设定

点击校正，进入对话框，方法栏选择：一般线性最小二乘法，同时设置待测元素的5个标准系列浓度，具体见表1所示，所有的参数设定完毕，返回概述窗口，保存，点击确定即可。

⑶建立仪器方法——石墨部分：

Ⅰ进入方法设置

点击方法设定按钮，弹出方法对话框，输入名称，在技术中选择石墨炉，自动进样器选择FS95自动进样器；

Ⅱ序列参数设定

点击序列，进入对话框，其中元素的改变、增加及其他设置与火焰法相同。点击ASLG，进入自动进样器装载指导窗口，用于设置自动进样器上样品、标准溶液等试剂的摆放；

Ⅲ光谱仪参数设定

点击光谱仪，进入对话框，信号选择峰高测量方式，背景校正选择四线氘灯，缺省的其他参数设定已显示其中，无需修改；

Ⅵ石墨炉参数设定

进入石墨炉对话框，点击温度、时间等选项下面的数字，可根据需要编辑相应的干燥、灰化、原子化和清除的温度、时间等参数，一般按照给出的缺省值进行；然后选择相应的石墨管类型，其设置的型号需与实际使用的型号保持一致；

Ⅴ校正的参数设定

点击校正，进入对话框，标准系列浓度中分别设定主标准浓度及其他四个标准系列浓度，见表2所示，自动进样器将根据主标准浓度自动稀释其他标准系列；

Ⅵ进样参数设定

点击进样，进入对话框，输入自动进样器的进样体积，标准制备中选择固定体积；

Ⅶ所有后参数设定完毕后，进行保存确认。

⑷建立标准曲线：

A采用火焰原子吸收光谱仪建立铜元素、锰元素、锌元素、镍元素、铁元素、钙元素、铬元素的原子吸收光谱标准曲线，其方法如下：

ⅰ启动操作软件，打开空气压缩机，设定压力为0.25MPa；

ⅱ打开乙炔气阀，压力调整在0.06~0.08MPa；

ⅲ安装空心阴极灯，并点亮预热15分钟；

ⅳ按住点火按钮，直至火焰点燃；

ⅴ调用所述步骤⑵相应元素的分析方法，将所述步骤⑴所得的各标准系列溶液采用吸液毛细管吸入后，以标准系列溶液浓度为横坐标，元素吸光度为纵坐标，分别建立铜元素、锰元素、锌元素、镍元素、铁元素、钙元素、铬元素的原子吸收光谱标准曲线（参见图1~7）。

铜元素火焰原子吸收光谱标准曲线：y=0.1558x+0.0276，R²=0.9988。

锰元素火焰原子吸收光谱标准曲线：y=0.1451x-0.0014，R²=0.9964。

锌元素火焰原子吸收光谱标准曲线：y=0.2875x+0.0038，R²=0.9995。

镍元素火焰原子吸收光谱标准曲线：y=0.083x+0.0096，R²=0.9983。

铁元素火焰原子吸收光谱标准曲线：y=0.0084x+0.0019，R²=0.9979。

钙元素火焰原子吸收光谱标准曲线：y=0.0255x+0.0075，R²=0.9958。

铬元素火焰原子吸收光谱标准曲线：y=0.3766x+0.0099，R²=0.992。

B采用石墨原子吸收光谱仪建立钒元素、钡元素的标准曲线，其方法如下：

ⅰ启动操作软件，打开石墨炉电源；

ⅱ打开氩气钢瓶气阀，调整压力为0.11~0.13MPa；同时打开冷却循环水系统；

ⅲ在自动进样器的洗液瓶中装满去离子水，安装空心阴极灯，并点亮预热15分钟；

ⅳ调整自动进样器进样针的位置和深度，确保位于最佳位置；

ⅴ调用步骤⑶相应元素的分析方法，自动进样器将吸取步骤⑴所得的V、Ba主标准溶液，自动进样器自动稀释其他标准系列，最后以标准系列溶液浓度为横坐标、吸光度为纵坐标，分别建立钒元素、钡元素原子吸收光谱标准曲线（参见图8~9）。

钒元素石墨原子吸收光谱标准曲线：y=0.0024x+0.0185，R²=0.9989。

钡元素石墨原子吸收光谱标准曲线：y=0.0027x-0.0132，R²=0.9943。

⑸测试待测样品：

a选取不同品牌沥青，每种沥青各取3份，做平行性验证试验；

b待测样品的处理：分别取每种品牌沥青1~2g于瓷坩埚内，置于电炉上缓慢加热除去水分，逐渐升高温度至样品冒浓烟，烧尽并全部炭化；然后将瓷坩埚置于800~900℃马弗炉中灼烧2~4h，取出冷却至室温；其次在盛有样品的瓷坩埚内加入2~3mL质量浓度为65%的酸溶液，在电炉上加热溶解样品至酸挥发完全；最后用1~2mL质量浓度为0.05%~0.1%的酸溶液溶解残渣，若无法全部溶解，则需用滤膜过滤，并用质量浓度为0.05%~0.1%的酸溶液将待测样品定容至25mL的容量瓶内，摇匀即可。

其中：酸溶液是指硝酸、硫酸、盐酸中的一种。

c待测样品测试

采用火焰原子吸收光谱仪测定铜元素、锰元素、锌元素、镍元素、铁元素、钙元素、铬元素含量，其方法如下：仪器就绪后，将待测样品采用吸液毛细管吸入后，分别得到各元素的吸光度，由相应元素所对应的标准曲线即可得到其元素含量（参见表3~9）。

表3 铜元素测试结果

表4 锰元素测试结果

表5 锌元素测试结果

表6 镍元素测试结果

表7 铁元素测试结果

表8 钙元素测试结果

表9 铬元素测试结果

采用石墨原子吸收光谱仪测定钒元素、钡元素含量，其方法如下：自动进样器将自动吸取样品盘中的待测样品，分别得到各元素的吸光度，由相应元素的标准曲线即可得到元素含量（参见表10~11）。

表10 钒元素测试结果

表11 钡元素测试结果

铬元素含量的测定采用石墨原子吸收光谱法代替火焰原子吸收光谱法。

标准差和变异系数表示一组数值自平均值分散开来程度的一种测量观念。标准差和变异系数越小，代表这些数值接近平均值。从表2~8、表10~11中各元素的测试结果可知，变异系数最大在0.17左右，实验结果复现性较好，数据可靠。