石墨烯(GR)中的雜質測定的應用方案(ICP-AES法）

引言

石墨烯(GR)由于其獨特的微觀結構使其具有優(yōu)異的光學、電學和力學等性能，被廣泛應用于材料化工、電化學、超電容器、納米電子器件及生物醫(yī)藥等域。但GR在制備過程中引入的雜質元素(主要為過渡金屬和硫）會大大影響其優(yōu)異性能，從而制約其發(fā)展，因此，準確測量GR中的雜質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法兩大類，而化學法中大多數GR是由原材料經過催化劑催化合成的，這些催化劑般是金屬(Fe、Co、Mo、Mn等)催化劑，材料制備過程中會通過酸（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金屬或S元素，而這些殘留元素會對GR的各方面性能產生正面的或負面的影響，因此雜質元素含量的準確測量尤為重要。

關鍵詞:雜質元素 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)純）

雙氧水  電子≥30%

硫酸（優(yōu)純）

高氯酸 （優(yōu)純）

鹽酸  （優(yōu)純）

曲拉通X-100 分子生物學

乙醇 （分析純）

硝酸銨 （分析純）

無灰濾紙 定量(Ash<0.006%)

高氯酸鎂 （化學純）

Fe、S、Co、Mn和Ni各元素的GBW標液

石墨烯的處理

樣品干燥處理

GR的質密度很小，易隨氣流和輕微震蕩飛揚，且GR的靜電效應要比CNTs強很多，因此，稱量的干燥和除靜電處理同樣舉足輕重。常溫下保存在大氣中易吸收水分，從而影響測量結果。稱量之，需要進行有效的干燥處理，這也是后期處理和元素測量工作的提條件。樣品的長期保存需要干燥性強、使用周期長的干燥劑，通過與其他無機干燥劑對比，本實驗選用高氯酸鎂。

高氯酸鎂室溫干燥處理

分別用分析天平準確稱取未經干燥 的GR樣品，然后放入裝有高氯酸鎂的真空箱內，抽真空后，GR需要保存在高氯酸鎂中數天以上，才能達到較好的干燥效果。MIC需要對GR壓片處理，過程中樣品要接觸空氣，因此處理，將壓片好的樣品放入真空干燥箱內在105℃下干燥2h。

微波消解(MWAD)

ICP-AES測量之，需要對GR處理，使之溶液到澄清溶液中。GR結構穩(wěn)定，且雜質顆粒存在于表面或包裹在石墨殼內部，結構的復雜性制約了GR易消解的可操作性，本實驗旨在探討GR有效的處理方法，處理方法先采用常用、操作簡單的MWAD。

樣品預消解

GR的預消解GR經消除靜電后，用消解罐在分析天平準確稱量，加入 6 mL濃HNO;和1 mLH2O2，同時設置2組空白。將消解罐放置于趕酸儀內90℃下預消解1 h。消解結束后發(fā)現消解不完全,加熱濃縮,繼續(xù)滴加5 mL濃HNO3和 1 mLH2O2，重復兩次，仍未消解徹底，需要減少樣品的處理量。

實驗步驟

儀器參數設置

美析ICP-6810點火，打開氬氣并調節(jié)分壓在（0.6～0.7）MPa之間，確保驅氣時間大于1 h，以防止CID檢測器結霜，造成CID檢測器損壞。打開儀器的輔助排風系統和循環(huán)水冷機，待光室溫度穩(wěn)定在(38+0.2)℃，檢查并確認進樣系統(矩管、霧化室、霧化器和泵管等）是否正確安裝。夾好蠕動泵夾，把進樣管放入超純水中。打開軟件的等離子狀態(tài)對話框，點擊等離子體開啟點火，確定下列參數穩(wěn)定:CID溫度小于-40℃，等離子體穩(wěn)定15 min。

實驗,所有玻璃容器、容量瓶、PTFE燒杯和試劑瓶均需要在體積分數為20%的HNO3里浸泡48 h以上，使用時先用超純水（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60℃干燥，所有的稱量和稀釋操作均在垂直流超凈工作臺上進行。

標準曲線

對處理后溶液中的Fe、S、Co、Mn和Ni五種元素的測量，采用標準曲線法。

五元素標準曲線的配制:取干燥好的六個試劑瓶，編號為1～6。因為初始的單元素標準溶液的濃度（ 1000ug/ml〉很高，為了將稀釋過程中帶來的取量誤差降到小，標準溶液需要二稀釋，將標準溶液先用體積分數為2%的 HNO;稀釋50倍，濃度稀釋至20 ug/mL，再配制曲線。實驗采用六點曲線法。曲線中，Fe的濃度點為0 ppb、100 ppb、500 ppb、1000 ppb、2000 ppb和5000 ppb，Mn、Ni、Co、S的濃度點相同，分別為0 ppb、100 ppb、500 ppb、1000 ppb、1500 ppb和2000 ppb.實驗測量得到五個曲線的線性線性相關系數R>0.999，線性較好。計算結果時，扣除空白值，終得到原樣品中雜質元素的含量。根據標準曲線法測得雜質元素含量的測量結果。

關于美析

美析主營光譜類儀器：可見分光光度計、紫外可見分光光度計、原子吸收光譜儀、原子熒光光度計、ICP-AES、ICP-MS，生命科學儀器：超微量分光光度計、全自動核酸提取儀，目，我們的產品已廣泛應用于有機化學、無機化學、生物化學、醫(yī)藥、環(huán)保、冶金、石油、農業(yè)等域。同時美析利用在產品機械結構、光學設計、電氣應用和軟件開發(fā)方面積累的豐富經驗，結合市場的新實際需求，近期將陸續(xù)推出批全新的分析類儀器。