石墨烯中杂质元素含量检测方案(ICP-AES)

上海美析仪器有限公司美析仪器 石墨烯(GR)中的杂质测定的应用方案(ICP-AES法) 引言石墨烯(GR)由于其独特的微观结构使其具有优异的光学、电学和力学等性能，被广泛应用于材料化工、电化学、超级电容器、纳米电子器件及生物医药等领域。但 GR 在制备过程中引入的杂质元素(主要为过渡金属和硫)会大大影响其优异性能，从而制约其发展，因此，准确测量 GR 中的杂质元素含量具有非常重要的意义。GR的制备方法包括物理法和化学法两大类，而化学法中大多数 GR 是由原材料经过催化剂催化合成的，这些催化剂一般是金属(Fe、Co、Mo、Mn等)催化剂，材料制备过程中会通过酸(例如硫酸等)洗等纯化步骤除去催化剂颗粒，但仍然不可避免的会有金属或S元素残留，因此 GR的元素组成是碳和少量的杂质金属或S元素，而这些残留元素会对 GR 的各方面性能产生正面的或负面的影响，因此杂质元素含量的准确测量尤为重要。 关键词：杂质元素石墨烯 美析 ICP-AES 仪器及试剂 美析 ICP-6810 全谱直读电感耦合等离子体发射光谱仪 硝酸 (优级纯) 双氧水 电子级≥30% 硫酸(优级纯) 高氯酸 (优级纯) 盐酸 (优级纯) 曲拉通X-100分子生物学级 乙醇 (分析纯) 硝酸铵 (分析纯) 无灰滤纸 定量(Ash<0.006%) 高氯酸镁 (化学纯) Fe、S、Co、Mn 和Ni 各元素的 GBW 标液 石墨烯的前处理 样品干燥处理 GR的质密度很小，!易随气流和轻微震荡飞扬，且GR的静电效应要比 CNTs 强很多，，因此，称量前的干燥和除静电处理同样举足轻重。常温下保存在大气中极易吸收水分，从而影响测 量结果。称量之前，需要进行有效的干燥处理，这也是后期前处理和元素测量工作的前提条件。样品的长期保存需要干燥性强、使用周期长的干燥剂，通过与其他无机干燥剂对比，本实验选用高氯酸镁。 高氯酸镁室温干燥处理 分别用分析天平准确称取未经干燥的GR样品，然后放入装有高氯酸镁的真空箱内，抽真空后， GR 需要保存在高氯酸镁中数天以上，才能达到较好的干燥效果。MIC 需要对 GR 压片处理，过程中样品要接触空气，因此处理前，将压片好的样品放入真空干燥箱内在105℃下干燥 2h。 微波皮解(MWAD) ICP-AES 测量之前，需要对 GR前处理，使之溶液到澄清溶液中。GR结构稳定，且杂质颗粒存在于表面或包裹在石墨壳内部，结构的复杂性制约了 GR易消解的可操作性，本实验旨在探讨 GR 有效的前处理方法，前处理方法首先采用最常用、操作最简单的 MWAD。 样品预消解 GR的预消解 GR 经消除静电后，用消解罐在分析天平准确称量，加入6mL浓 HNO；和1mLH202，同时设置2组空白。将消解罐放置于赶酸仪内90℃下预消解1h。消解结束后发现消解不完全，加热浓缩，继续滴加5mL浓 HNO3 和 1mLH202，重复两次，仍未消解彻底，需要减少样品的处理量。 实验步骤 仪器参数设置 美析ICP-6810点火前，打开氩气并调节分压在(0.6~0.7) MPa 之间，确保驱气时间大于1h， 以防止 CID 检测器结霜，造成 CID 检测器损坏。打开仪器的辅助排风系统和循环水冷机，待光室温度稳定在(38+0.2)℃，检查并确认进样系统(矩管、雾化室、雾化器和泵管等)是否正确安装。夹好蠕动泵夹，把进样管放入超纯水中。打开软件的等离子状态对话框，点击等离子体开启点火，确定下列参数稳定：CID 温度小于-40℃，等离子体稳定 15 min。 实验前，所有玻璃容器、容量瓶、PTFE 烧杯和试剂瓶均需要在体积分数为20%的 HNO3里浸泡48h以上，使用时先用超纯水k (电阻率为18.2MQ.cm)清洗干净并超声30min， 再次用超纯水清洗(3~5)次，放入干燥箱内60℃干燥，所有的称量和稀释操作均在垂直流超净工作台上进行。 标准曲线 对处理后溶液中的 Fe、S、Co、Mn 和Ni 五种元素的测量，采用标准曲线法。 五元素标准曲线的配制：取干燥好的六个试剂瓶，编号为1~6。因为初始的单元素标准溶液的浓度(1000ug/ml〉很高，为了将稀释过程中带来的取量误差降到最小，标准溶液需要二级稀释，将标准溶液先用体积分数为2%的 HNO；稀释50倍，浓度稀释至20ug/mL， 再配制曲线。实验采用六点曲线法。曲线中， Fe 的浓度点为 0 ppb、100ppb、500 ppb、1000 ppb、2000 ppb 和5000ppb， Mn、Ni、Co、S的浓度点相同，分别为0 ppb、100 ppb、500 ppb、1000 ppb、1500 ppb 和 2000 ppb.实验测量得到五个曲线的线性线性相关系数 R>0.999，线性较好。计算结果时，扣除空白值，最终得到原样品中杂质元素的含量。根据标准曲线法测得杂质元素含量的测量结果。 仪器参数 ICP-6810 全谱直读电感耦合等离子体发射光谱仪(详细参数) 产品说明、技术参数及配置 ICP-6810是用于测定不同物质(可溶解于硝酸、盐酸、氢氟酸等)中的微量、痕量元素含量的全谱直读电感耦合等离子体发射光谱仪，广泛应用于环保、石油制品、稀土、半导体、地质、冶金、化工、临床医药、食品、生物样品、刑事科学、农业研究等各个领域。 性能特点 性能稳定 仪器采用美析仪器自主研发的全固态射频电源，具有体积小、效率高、输出功率稳定、带有 各种保护功能等诸多优点，负载采用全自动匹配技术，匹配速度快，提高了电源的使用效率和仪器的稳定性，并使得整个点火过程简单方便。 进样自动化 采用四通道全自动设计，转速可根据测试需求设置调节流量，载气、等离子气、辅气均采用先进的质量流量控制器来控制，同时可以配备进口高盐雾化器、进口耐氢氟雾化器等，满足客户的各种测试需求。 精准分析 采用中阶梯光栅-棱镜交叉色散方式，无移动光学元件；超低杂散光设计配合独特的光学设计，氮气分布式吹，进口的光学元件，智能精确的自动波长校准算法。 高精探测器 采用大尺寸 CID 探测器，：波长范围165-900nm 范围连续覆盖，一次曝光，全谱显示；；非破坏性读取(NDRO)功能，改善了弱分析线的信噪比，提高了结果的准确性，于并且数据采集与分析均优于 CCD； 极佳的线性动态范围和与生俱来的抗溢出功能确保任意强弱的谱线可在一次曝光内测量并进行分析，同时为方法选择理想波长提供了灵活性(可选第二、第三或更次灵敏线来排除干扰) 超快的测试速度 各分析谱线可以在曝光时间内设置任意合适的积分时段来实现测量的最优化；可以一次曝光读出所有分析谱线的强度积分值加快分析速度；还可以指定谱线独立读出，读出时间不超过2ms。 强大的软件分析功能 软件操作方便、直观，具有定性、半定量、定量分析功能，具有仪器诊断优化功能，灵活的全谱研究功能，强大的离线再处理功能，具有科学智能的背景校正、去除干扰的算法功能，让测试变得更加专业与准确。 仪器技术参数 射频发生器技术指标 输入：220VAC，20A 输出：800~1500W 频率稳定性：：<0.05% 输出功率稳定性：<<0.1% 电磁场泄漏辐射强度：距机箱30cm处电场强度E： <5V/m 进样装置技术指标 输出工作线圈：内径25mm、3匝 三同心石英炬管：外径20mm；根据中心通道大小有多种型号可选 高效进口雾化器：同心型雾化器，外径6mm；多型号可选，高盐、耐HF等` 雾化室：双筒型雾化室，可以选配旋流式雾化室，外径57.72.2mm 蠕动泵：十二转子四通道，转速可根据需求流量设置调节(即根据进样速度设定，直观，准确) 总氩气消耗量：量气总消耗量小于 14L/min 氩气流量计和载气压力表规格：1.等离子气流量计(100~1000) L/h (1.6~16L/min) 2.辅助气流量计(6~60) L/h (0.1~1L/min) 3.载气流量计(6~60) L/h (0.1~1L/min) 4.载气稳压阀(0.2MPa) 5.冷却水：水温20~25℃ 流量>5L/min 水压>0.1MPa 分光器技术指标光栅：中阶梯光栅， E52.67 Ip/mm， 64闪耀角，采用德国肖特公司热膨胀系数接近于零的Zerodur材料做基底，性能更出众 棱镜：超纯康宁紫外熔融石英， 在170nm 处内透过率99.6% 波长范围：165nm~900nm 焦距：430mm 数值孔径：F/8，超高的光通量保证仪器的检出限和灵敏度 分辨率：<0.0068nm@200nm 杂散光：10000ppmCa 溶液在 As189.042nm 处的等效背景浓度<2ppm 光室：精密恒温，35±0.1℃ 分布式氮气吹扫，正常吹扫2L/min，快速吹扫 4L/min 检测装置技术指标 检测器类型：电荷注入式检测器(CID) 靶面尺寸： 27.6mm×27.6mm， 1024×1024寻址检测单元 读取方式：非破坏性读取(NDRO)，全幅读取(FF)和任意读取积分 (RAI) 线性动态范围：108 波长响应范围：165nm~1000nm 电子快门：单独设置各谱线的积分时间；可指定谱线独立读出，读出时间<2ms量子效率：无任何镀膜，200nm紫外区可达35%以上 检测器冷却：高效三级半导体制冷，制冷温度-45℃ 仪器技术指标 观测方式：垂直观测 液体含量：0.01ppm~几千ppm 固体含量：0.001%~70% 重复性： (即短期稳定度)相对标准偏差 RSD<1% 稳定性：相对标准偏差 RSD<1.5%@2小时测试速度：单个谱线 CID 读出时间仅需2ms，一分钟内可实现所有元素的测量 元素检出限(ug/L)：大部分元素1ppb~10ppb 关于我们 上海美析仪器公司简介 上海美析仪器有限公司(以下简称美析)，是一家具有自主知识产权的高新技术企业，美析的创业理念“科技——因你改变”，并以此为企业宗旨，不断探究、果敢创新。特别是在分析测试仪器领域，i，不断开发出先进的产品，使美析成为优质仪器资源的供应者。 美析主营光谱类仪器可见分光光度计、紫外可见分光光度计、原子吸收光谱仪、超微量分光光度计、原子荧光光度计、ICP电感耦合等离子体发射光谱仪、ICP电感耦合等离子体质谱仪，L，目前，我们的产品已广泛应用于有机化学、无机化学、生物化学、医药、环保、 冶金、石油、农业等领域。同时美析利用在产品机械结构、光学设计、电气应用和软件开发方面积累的丰富经验，结合市场的最新实际需求，近期将陆续推出一批全新的分析类仪器。美析的总部及生产基地设在上海，营销中心设在北京，并在江苏、上海、山东三地建有研发基地。为充分利用各地的智力资源，美析与国内外的部分科研单位也进行了深层次的科研合作，不断将科研成果转化为生产力。为更好的服务于广大客户，美析仪器国内设有12家办事机构，度身定制符合您需求的应用解决方案，提高产品的附加值。在不断服务国内用户的同时，美析也与20多个国家的分销机构建立了深度的战略合作关系。 (美析仪器不仅仅只是一家高新技术认证企业，更通过了 CE 认证、FCC 认证、RoHS 认证以及国内多项资质审查认证，并有着多项自行研发的光谱类专利版权等等) 了解更多内容请关注我公司微信公众号：美析仪器 TEL- GR的制备方法包括物理法和化学法两大类，而化学法中大多数GR是由原材料经过催化剂催化合成的，这些催化剂一般是金属(Fe、Co、Mo、Mn等)催化剂，材料制备过程中会通过酸（例如硫酸等）洗等纯化步骤除去催化剂颗粒，但仍然不可避免的会有金属或S元素残留，因此GR的元素组成是碳和少量的杂质金属或S元素，而这些残留元素会对GR的各方面性能产生正面的或负面的影响，因此杂质元素含量的准确测量尤为重要。