石墨烯(GR)中的雜質(zhì)測(cè)定的應(yīng)用方案(ICP-AES法）
石墨烯(GR)中的雜質(zhì)測(cè)定的應(yīng)用方案(ICP-AES法）
引言石墨烯(GR)由于其獨(dú)特的微觀結(jié)構(gòu)使其具有優(yōu)異的光學(xué)、電學(xué)和力學(xué)等性能，被廣泛應(yīng)用于材料化工、電化學(xué)、超級(jí)電容器、納米電子器件及生物醫(yī)藥等領(lǐng)域。但GR在制備過程中引入的雜質(zhì)元素(主要為過渡金屬和硫）會(huì)大大影響其優(yōu)異性能，從而制約其發(fā)展，因此，準(zhǔn)確測(cè)量GR中的雜質(zhì)元素含量具有非常重要的意義。GR的制備方法包括物理法和化學(xué)法兩大類，而化學(xué)法中大多數(shù)GR是由原材料經(jīng)過催化劑催化合成的，這些催化劑一般是金屬(Fe、Co、Mo、Mn等)催化劑，材料制備過程中會(huì)通過酸（例如硫酸等）洗等純化步驟除去催化劑顆粒，但仍然不可避免的會(huì)有金屬或S元素殘留，因此GR的元素組成是碳和少量的雜質(zhì)金屬或S元素，而這些殘留元素會(huì)對(duì)GR的各方面性能產(chǎn)生正面的或負(fù)面的影響，因此雜質(zhì)元素含量的準(zhǔn)確測(cè)量尤為重要。
關(guān)鍵詞:雜質(zhì)元素 石墨烯 美析ICP-AES
儀器及試劑
美析ICP-6810全譜直讀電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀
硝酸 （優(yōu)級(jí)純）
雙氧水 電子級(jí)≥30%
硫酸（優(yōu)級(jí)純）
高氯酸 （優(yōu)級(jí)純）
鹽酸 （優(yōu)級(jí)純）
曲拉通X-100 分子生物學(xué)級(jí)
乙醇 （分析純）
硝酸銨 （分析純）
無灰濾紙 定量(Ash<0.006%)
高氯酸鎂 （化學(xué)純）
Fe、S、Co、Mn和Ni各元素的GBW標(biāo)液
石墨烯的前處理
樣品干燥處理
GR的質(zhì)密度很小，易隨氣流和輕微震蕩飛揚(yáng)，且GR的靜電效應(yīng)要比CNTs強(qiáng)很多，因此，稱量前的干燥和除靜電處理同樣舉足輕重。常溫下保存在大氣中極易吸收水分，從而影響測(cè)量結(jié)果。稱量之前，需要進(jìn)行有效的干燥處理，這也是后期前處理和元素測(cè)量工作的前提條件。樣品的長期保存需要干燥性強(qiáng)、使用周期長的干燥劑，通過與其他無機(jī)干燥劑對(duì)比，本實(shí)驗(yàn)選用高氯酸鎂。
高氯酸鎂室溫干燥處理
分別用分析天平準(zhǔn)確稱取未經(jīng)干燥 的GR樣品，然后放入裝有高氯酸鎂的真空箱內(nèi)，抽真空后，GR需要保存在高氯酸鎂中數(shù)天以上，才能達(dá)到較好的干燥效果。MIC需要對(duì)GR壓片處理，過程中樣品要接觸空氣，因此處理前，將壓片好的樣品放入真空干燥箱內(nèi)在105℃下干燥2h。
微波消解(MWAD)
ICP-AES測(cè)量之前，需要對(duì)GR前處理，使之溶液到澄清溶液中。GR結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，且雜質(zhì)顆粒存在于表面或包裹在石墨殼內(nèi)部，結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性制約了GR易消解的可操作性，本實(shí)驗(yàn)旨在探討GR有效的前處理方法，前處理方法首先采用最常用、操作最簡(jiǎn)單的MWAD。
樣品預(yù)消解
GR的預(yù)消解GR經(jīng)消除靜電后，用消解罐在分析天平準(zhǔn)確稱量，加入 6 mL濃HNO;和1 mLH2O2，同時(shí)設(shè)置2組空白。將消解罐放置于趕酸儀內(nèi)90℃下預(yù)消解1 h。消解結(jié)束后發(fā)現(xiàn)消解不完全,加熱濃縮,繼續(xù)滴加5 mL濃HNO3和 1 mLH2O2，重復(fù)兩次，仍未消解徹底，需要減少樣品的處理量。
實(shí)驗(yàn)步驟
儀器參數(shù)設(shè)置
美析ICP-6810點(diǎn)火前，打開氬氣并調(diào)節(jié)分壓在（0.6～0.7）MPa之間，確保驅(qū)氣時(shí)間大于1 h，以防止CID檢測(cè)器結(jié)霜，造成CID檢測(cè)器損壞。打開儀器的輔助排風(fēng)系統(tǒng)和循環(huán)水冷機(jī)，待光室溫度穩(wěn)定在(38+0.2)℃，檢查并確認(rèn)進(jìn)樣系統(tǒng)(矩管、霧化室、霧化器和泵管等）是否正確安裝。夾好蠕動(dòng)泵夾，把進(jìn)樣管放入超純水中。打開軟件的等離子狀態(tài)對(duì)話框，點(diǎn)擊等離子體開啟點(diǎn)火，確定下列參數(shù)穩(wěn)定:CID溫度小于-40℃，等離子體穩(wěn)定15 min。
實(shí)驗(yàn)前,所有玻璃容器、容量瓶、PTFE燒杯和試劑瓶均需要在體積分?jǐn)?shù)為20%的HNO3里浸泡48 h以上，使用時(shí)先用超純水（電阻率為18.2 MQ.cm）清洗干凈并超聲30 min，再次用超純水清洗（3～5）次，放入干燥箱內(nèi)60℃干燥，所有的稱量和稀釋操作均在垂直流超凈工作臺(tái)上進(jìn)行。
標(biāo)準(zhǔn)曲線
對(duì)處理后溶液中的Fe、S、Co、Mn和Ni五種元素的測(cè)量，采用標(biāo)準(zhǔn)曲線法。
五元素標(biāo)準(zhǔn)曲線的配制:取干燥好的六個(gè)試劑瓶，編號(hào)為1～6。因?yàn)槌跏嫉膯卧貥?biāo)準(zhǔn)溶液的濃度（ 1000ug/ml〉很高，為了將稀釋過程中帶來的取量誤差降到最小，標(biāo)準(zhǔn)溶液需要二級(jí)稀釋，將標(biāo)準(zhǔn)溶液先用體積分?jǐn)?shù)為2%的 HNO;稀釋50倍，濃度稀釋至20 ug/mL，再配制曲線。實(shí)驗(yàn)采用六點(diǎn)曲線法。曲線中，Fe的濃度點(diǎn)為0 ppb、100 ppb、500 ppb、1000 ppb、2000 ppb和5000 ppb，Mn、Ni、Co、S的濃度點(diǎn)相同，分別為0 ppb、100 ppb、500 ppb、1000 ppb、1500 ppb和2000 ppb.實(shí)驗(yàn)測(cè)量得到五個(gè)曲線的線性線性相關(guān)系數(shù)R>0.999，線性較好。計(jì)算結(jié)果時(shí)，扣除空白值，最終得到原樣品中雜質(zhì)元素的含量。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線法測(cè)得雜質(zhì)元素含量的測(cè)量結(jié)果。
儀器參數(shù)
ICP-6810全譜直讀電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀
產(chǎn)品說明、技術(shù)參數(shù)及配置
ICP-6810是用于測(cè)定不同物質(zhì)（可溶解于硝酸、鹽酸、氫氟酸等）中的微量、痕量元素含量的全譜直讀電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀，廣泛應(yīng)用于環(huán)保、石油制品、稀土、半導(dǎo)體、地質(zhì)、冶金、化工、臨床醫(yī)藥、食品、生物樣品、刑事科學(xué)、農(nóng)業(yè)研究等各個(gè)領(lǐng)域。
關(guān)于我們
上海美析儀器公司簡(jiǎn)介
上海美析儀器有限公司(以下簡(jiǎn)稱美析)，是一家具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高新技術(shù)企業(yè)，美析的創(chuàng)業(yè)理念“科技——因你改變”，并以此為企業(yè)宗旨，不斷探究、果敢創(chuàng)新。特別是在分析測(cè)試儀器領(lǐng)域，不斷開發(fā)出先進(jìn)的產(chǎn)品，使美析成為優(yōu)質(zhì)儀器資源的供應(yīng)者。
美析主營光譜類儀器可見分光光度計(jì)、紫外可見分光光度計(jì)、原子吸收光譜儀、超微量分光光度計(jì)、原子熒光光度計(jì)、ICP電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀、ICP電感耦合等離子體質(zhì)譜儀，目前，我們的產(chǎn)品已廣泛應(yīng)用于有機(jī)化學(xué)、無機(jī)化學(xué)、生物化學(xué)、醫(yī)藥、環(huán)保、冶金、石油、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域。同時(shí)美析利用在產(chǎn)品機(jī)械結(jié)構(gòu)、光學(xué)設(shè)計(jì)、電氣應(yīng)用和軟件開發(fā)方面積累的豐富經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合市場(chǎng)的最新實(shí)際需求，近期將陸續(xù)推出一批全新的分析類儀器。
美析的總部及生產(chǎn)基地設(shè)在上海，營銷中心設(shè)在北京，并在江蘇、上海、山東三地建有研發(fā)基地。為充分利用各地的智力資源，美析與國內(nèi)外的部分科研單位也進(jìn)行了深層次的科研合作，不斷將科研成果轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力。為更好的服務(wù)于廣大客戶，美析儀器國內(nèi)設(shè)有12家辦事機(jī)構(gòu)，度身定制符合您需求的應(yīng)用解決方案，提高產(chǎn)品的附加值。在不斷服務(wù)國內(nèi)用戶的同時(shí)，美析也與20多個(gè)國家的分銷機(jī)構(gòu)建立了深度的戰(zhàn)略合作關(guān)系。
（美析儀器不僅僅只是一家高新技術(shù)認(rèn)證企業(yè)，更通過了CE認(rèn)證、FCC認(rèn)證、RoHS認(rèn)證以及國內(nèi)多項(xiàng)資質(zhì)審查認(rèn)證，并有著多項(xiàng)自行研發(fā)的光譜類專利版權(quán)等等）
