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FP650火焰光度計（水泥版）
測試水泥及原材料中氧化鉀、氧化鈉含量的方法
一、火焰光度法測定原理：
火焰光度法是發射光譜分析法中的一種，它們的基本原理都是以發射光譜分析原理為基礎。當試樣溶液經霧化裝置化為細霧送入噴燈的火焰中燃燒時，由于原子被火焰的熱能所激發，發射出輻射線。當外層電子排布方式具有zui低能級時，原子處于激發態；原子受外界能量激發時，外層電子吸收一定的能量躍遷至更高的能級上，原子處于激發態。而被激發的電子是很不穩定的，當它們由較高的能級再返回到較低的能級時，就放出一定的能量而產生各種具有固定波長的譜線。每一種元素都有自己的特征光譜，因此，根據某一元素譜線的出現，就可以判定該元素的存在，而譜線的強度與元素含量之間在一定的范圍內具有一種簡單的函數關系：
I=f（c）
式中I為譜線強度，c為元素的含量。由實驗得知，譜線強度還與外界條件有關，如激發條件、溶液組成、儀器性能等，故上式通常用如下實驗式表示：
I=acb
式中：a、b 在一定的實驗條件下為常數。a與上述許多因素有關。當元素含量較低時，b接近為1，所以公式可簡化為：
I=ac
當被測元素受激發時，發射出特征光譜，通過濾光片把鉀和鈉的譜線簡易地分離出來，特征譜線照射到硒光電池上，從而測得電流強度，電流強度大小取決于譜線的強度，而譜線的強度直接與被測元素的含量成正比。這就是火焰光度法的簡單原理。
二、試樣分解原理：
從上述的火焰光度計的測定原理的公式“I=ac”中不難看出，結果的準確性取決于“a”，它包括激發條件、溶液組成、儀器性能。值得特別說明的是：火焰光度計采用汽油或液化氣作為燃料，溫度在1500℃左右，激發溫度較低，一般堿金屬元素被*激發，但堿土金屬元素也有部分被激發，產生光譜重疊現象，使結果偏高，如鈣元素和鎂元素等。另外，二氧化硅易生成硅酸而堵塞儀器管道，所以必須消除。一般情況下“a”應該是恒定的，但是溶液的組成保持恒定難度較大，我們為了得到相同的基體溶液，必須采用化學分離法將試樣中的干擾元素分離出去，使被測溶液中只含有鉀、鈉兩種金屬離子。得到均一的溶液。
所謂的化學分離法，就是通過化學的手段，將被測元素與干擾元素分離開，從而消除干擾，以得到準確的結果。
*步：分離二氧化硅，一般采用氫氟酸和硫酸（1+1）聯合處理試樣，使二氧化硅生成SiF4氣體，同時H2SO4與陽離子生成可溶性的鹽類。具體反應式如下：
SiO2 +4HF=SiF4↑+2H2O
CaO+H2SO4=CaSO4+H2O
MgO+H2SO4=MgSO4+H2O
Fe2O3+3H2SO4=Fe2（SO4）3+3H2O
Al2O3+3H2SO4=Al2（SO4）3+3H2O
K2O+H2SO4=K2SO4+H2O
Na2O+H2SO4=Na2SO4+H2O
通過以上反應方程式可以看出，二氧化硅已經被*分離掉了，不產生干擾。同時，金屬陽離子與硫酸反應生成了可溶性的鹽類。被測元素鉀和鈉也變成可溶性的鹽類。
第二步：將硫酸鐵和硫酸鋁分離，我們采用氨水（1+1）調溶液的pH，來達到此目的。先加1滴甲基紅指示劑溶液，用氨水（1+1）調溶液顯黃色，此時溶液的pH為4左右，硫酸鐵和硫酸鋁水解生成沉淀。具體反應方程式如下：
Fe2（SO4）3+6NH3·H2O=2Fe（OH）3↓+3（NH4）2SO4
Al2（SO4）3+6NH3·H2O=2Al（OH）3↓+3（NH4）2SO4
第三步：將硫酸鈣和硫酸鎂分離。加入（NH4）2CO3溶液（100g/L）使硫酸鈣和硫酸鎂形成碳酸鈣和碳酸鎂沉淀。通過加熱的方法，使沉淀*。具體反應方程式如下：
CaSO4+（NH4）2CO3=CaCO3↓+（NH4）2SO4
MgSO4+（NH4）2CO3=MgCO3↓+（NH4）2SO4
第四步：快速濾紙過濾，含有可溶性的鉀鹽和鈉鹽形成濾液，而氫氧化鐵、氫氧化鋁、碳酸鈣和碳酸鎂留在濾紙上，達到了分離的目的。從而消除了干擾元素，使被測試樣溶液的基體達到基本一致。保證了儀器的穩定性。
三、操作方法：
1試劑的配制：
1.1 碳酸銨溶液（100g/L）：將10g碳酸銨[（NH4）2CO3]溶于100mL水中。
1.2甲基紅指示劑溶液：將0.2g甲基紅溶于100mL95%（V/V）乙醇中。
1.3氧化鉀（K2O）、氧化鈉（Na20）標準溶液
1.3.1 氧化鉀、氧化鈉標準溶液的配制
稱取0.792g已于130～150℃烘過2h的氯化鉀（KCl）,至0.0001g；稱取0.943g已于130～150℃烘過2h的氯化鈉（NaCl）,至0.0001g,置于燒杯中,加水溶解后,移入1000mL容量瓶中,用水稀釋至標線,搖勻。貯存于塑料瓶中。此標準溶液每毫升相當于0.5mg氧化鉀、氧化鈉。
吸取按1.3.1配制的每毫升相當于0.5mg氧化鉀、氧化鈉的標準溶液30.00mL，
放入1000mL容量瓶中，用水稀釋至標線,搖勻。此標準溶液相當于氧化鉀、氧化鈉
15цg/ml。
2.1方法提要
水泥經氫氟酸-硫酸蒸發處理除去硅,用熱水浸取殘渣，以氨水和碳酸銨分離鐵、鋁、鈣、鎂。濾液中的鉀、鈉用火焰光度計進行測定。
2.2 分析步驟
稱取一定量的試樣（m11），至0.0001g,置于鉑皿中,用少量水潤濕,加10mL氫氟酸及1ml硫酸（1+1）,低溫蒸發。近干時搖動鉑皿,以防濺失,待氫氟酸驅盡后逐漸升高溫度,繼續將三氧化硫白煙趕盡。取下放冷,加入50mL熱水,壓碎殘渣使其溶解,加1滴甲基紅指示劑溶液,用氨水（1+1）中和至黃色,加入10mL碳酸銨溶液，攪拌，加熱至體積約10～15ml并且沒有氨味。用快速濾紙過濾，以熱水洗滌，濾液及洗液盛于容量瓶中,冷卻至室溫。用鹽酸（1+1）中和至溶液呈微紅色,用水稀釋至標線,搖勻。在火焰光度計上,按儀器使用規程進行測定。記錄讀數。
3. 結果表示
氧化鉀和氧化鈉的質量百分數XK2O和XNa2O按式（27）和（28）計算:
……………………（27）
……………………（28）
式中:XK2O—氧化鉀的質量百分數,%；
XNa2O—氧化鈉的質量百分數,%；
m18—100mL測定溶液中氧化鉀的含量,mg；
m19—100mL測定溶液中氧化鈉的含量,mg；
m17—試料的質量，g。
四、操作要點
1、試樣的稱取量
不同原材料其鉀、鈉含量不同，鉀、鈉主要由粘土、鐵粉或煤提供的，如：粘土中鉀、鈉一般小于4.00%，鐵粉或煤灰中鉀的含量在1.00%~2.00%之間，而石灰石，石膏，礦渣等原料鉀、鈉一般小于1.00%，這樣，必須選擇正確的稱樣量，滿足儀器的測定的準確度見下表：
儀器的特點是檢測范圍在0~3.5×10-2mg/ml之間，為微量分析，超過該檢測限需要將被測溶液處理采取減小稱樣量或將稀釋的方法，來解決這一問題。
見下表：
| 試樣名稱 | 稱樣量 | 稀釋體積（ml） |
| 水泥、熟料、生料、石灰石、石膏 | 0.18~0.20 | 100 |
| 粘土、鐵粉、粉煤灰、礦渣、 | 0.1 | 250 |
| 窯灰 | 0.05 | 250 |
| 混凝土外加劑 | 0.05~0.20 | 100~500 |
一般北方的粘土比南方料土堿含量要高，所以北方生產低堿水泥非常困難。
2、酸方式與加酸量的確定：
加入的硫酸量應能滿足各陽離子*形成硫酸鹽的需要，以免因硫酸量不足與鈣形成氟化物，將氟鋁酸鈉或氟化鈉緊緊包裹，從而使鈉的測定結果偏低，一般加1 ml （1+1）H2SO4,根據二氧化硅的含量，一般加入5~10ml HF即能達到要求，但為了與空白試驗相吻合，我們硬性規定加HF的量為10ml。加入酸之前先用水將試樣沖散，然后邊搖動鉑皿邊加入酸，加入HF時要十分小心，用塑料量杯帶乳膠套，防止沾在手上，HF與骨頭中的鈣發生反應而形成CaF2，使骨頭潰爛。
五. 分析方法的簡化：
（GB/T176—1996）《水泥化學分析方法》中堿含量的測定方法規定為火焰分光光度法是按工作曲線法在火焰光度計上測出試樣的吸光度，在工作曲線上查出相對的鉀、鈉的濃度，再計算出其質量百分數。但在實際的生產質量控制中，又有它的局限性：對于單個樣品來講，工作曲線法的操作煩瑣，費時，給測定結果的及時報出帶來了困難。為此，我們通過大量的試驗和數理統計，認為選擇比較法能夠解決這一難題。比較法的特點：方便、簡單、實用、快速，特別適用于單個樣品的測定。
六. 保養與維修
（1） 完成測試工作后，再繼續空白液進樣5分鐘，使霧化室腔體內得到充分的清洗，防止酸堿沾污管道。
（2） 空氣壓縮機工作時，將空氣中的水分壓縮凝聚在過濾減壓閥內，長期積水，會影響儀器的正常使用。在使用一階段后（數月），可抬高儀器，旋動儀器正下方的過濾減壓閥放水閥門，在啟動空氣壓縮機的狀況下，積水自動排放，然后反方向旋緊，儀器投入正常使用。
（3） 霧化室的清洗。霧化室的霧化效果是儀器正常使用的關鍵。長期使用，會阻塞沾污噴咀，用戶可自行拆下一步清洗。噴嘴對準吸樣口出口，相距＜0.5mm。
A、旋下霧化室下端三只固定螺釘，將霧化室拆下；
B、旋下吸樣管及噴咀，用洗滌劑清洗，然后重新安裝復原：
C、關閉燃氣閥，按通空壓機，將毛細管插入溶液中，觀察其霧化效果。如不吸樣或霧化效果差，可調整吸樣管與噴咀的相互位置，使其產生霧化效果，然后旋緊螺母加以固定。
D、將霧化室重新裝上儀器，在吸樣情況下，在燃燒頭端部可明顯觀察到氣霧現象。
水泥行業用戶操作指導書
各位水泥行業用戶大家好,非常感謝大家選用本公司的FP650火焰光度計.
您所選用的本公司的這款FP650火焰光度計是一款為了滿足水泥行業用戶需求而在原有基礎上改進的儀器,本款火焰光度計主要操作方法如下:
一、安裝: 按說明書安裝此儀器（液化氣減壓閥請用本公司提供的減壓閥）
二 、調試: 1）、打開主機電源開關,打開泵啟動開關,壓力表顯示0.13～0.2mpa間.
2）、把進樣管插入蒸餾水中吸入蒸餾水,吸蒸餾水時注意觀察廢液杯是否有廢液勻速的排出,如廢液排出不是很勻速請觀察霧化器下方的乳膠管中是否有氣泡,如有氣泡請用手擠壓乳膠管將氣泡排出,如果還是不行請吸酒精3～4分鐘進行清洗,再吸蒸餾水觀察一下, 廢液排出是否勻速,這時氣泡因該已排除.（這一步非常重要,如沒搞好會引起儀器的不穩定）
3）、打開液化氣鋼瓶開關,過10秒左右左手間隙按點火開關,右手旋轉燃氣開關,火點著后通過觀察窗察看火焰大小
在吸蒸餾水時火焰應呈錐形純藍色高度約2～4CM.使火焰穩定燃燒，約10分鐘.
（本儀器出廠時燃氣開關以基本調好位置只要做適當調整即可）
4）、吸入空白溶液,調節鉀納低標旋鈕使鉀納顯示值為0.0
吸入15ppm標準液,調節鉀納高標旋鈕使鉀納顯示值為15.0
重復這一過程直至吸入空白溶液儀器顯示為0.0
吸入15ppm標準液儀器顯示為15.0
另一種調試方法:吸入5ppm標準液, 調節鉀納低標旋鈕使鉀納顯示值為5.0
吸入15ppm標準液,調節鉀納高標旋鈕使鉀納顯示
值為15.0
重復這一過程直至吸入5ppm標準液儀器顯示為5.0
吸入15ppm標準液儀器顯示為15.0
5）、吸入被測樣品儀器顯示數值即為樣品讀數.（用戶在測試若干樣品后需用標準液進行校準.）
6）、計算:
在測試中標準溶液的濃度為15.0μg/ml，測得樣品的濃度度為c，稱樣量為m（g），稀釋體積為n，則其質量百分數X為：
三、 關機: 先將液化氣鋼瓶開關關閉,觀察火焰熄滅后再吸蒸餾水3-5分鐘清洗霧化室后將主機電源關閉.
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