石墨烯粉體是當(dāng)前我國石墨烯產(chǎn)品的主要形式，在新能源電池、熱管理、重防腐涂料等產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域已初步實現(xiàn)規(guī)模應(yīng)用。石墨烯粉體可經(jīng)由機(jī)械剝離、還原氧化、插層解離、小分子合成等不同的生產(chǎn)工藝制備。由于生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)設(shè)備、原料等的不同，不同廠家生產(chǎn)的石墨烯粉體中所含的金屬雜質(zhì)元素的種類和含量也存在顯著差異。金屬雜質(zhì)會直接影響石墨烯粉體的應(yīng)用性能，石墨烯應(yīng)用技術(shù)開發(fā)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展需建立對石墨烯粉體中金屬雜質(zhì)進(jìn)行準(zhǔn)確可靠檢測的標(biāo)準(zhǔn)化分析測試方法。

《納米技術(shù) 石墨烯粉體中金屬雜質(zhì)的測定電感耦合等離子體質(zhì)譜法》GB/T 42240-2022中規(guī)定了石墨烯粉體樣品的微波消解法和電感耦合等離子體質(zhì)譜法定量測試雜質(zhì)元素，但該方法稱樣量僅有10 mg，在樣品不夠均勻的情況下難具有代表性。本文采用超級微波消解石墨烯粉體，稱樣量100 mg，采用硝酸-高氯酸體系消解，可將樣品完全消解。采用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法測試，顯示結(jié)果的加標(biāo)回收率，精密度良好，可作為石墨烯粉體中金屬雜質(zhì)的定量測試分析方法。

實驗部分

儀器

表1 儀器選型及其配置

表2 電感耦合等離子發(fā)射光譜儀檢測參數(shù)

試劑及標(biāo)準(zhǔn)品

      試劑：硝酸，高氯酸，均為優(yōu)級純 

      純水：18.2 MΩ·cm去離子水；

      標(biāo)準(zhǔn)溶液：鈷、鉻、銅、鐵、鎳、鋅單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液，1000 μg/mL，國家有色金屬研究院。

樣品前處理

      準(zhǔn)確稱量樣品0.1 g（精確至0.0001 g），置于消解管中，加入1 mL硝酸、3 mL高氯酸，蓋上蓋子置于消解管架上，載液采用150 mL+5 mL硝酸。轉(zhuǎn)入超級微波按照表3程序微波消解。消解完畢之后冷卻取出，使用去離子水定容至50 mL。超級微波消解程序如下：

表3超級微波升溫程序

表4 樣品消解后圖片

測試結(jié)果

      線性和檢出限：所有待測元素線性相關(guān)系數(shù)值均大于0.9999。以空白試樣連續(xù)分析11次所得測定值的3倍標(biāo)準(zhǔn)偏差所對應(yīng)的樣品濃度作為方法檢出限。

      精密度測試：對A樣品的7個平行樣分別測試，其結(jié)果精密度 RSD%<4.3%，對于未檢出的元素采用加標(biāo)方式計算RSD%。

      加標(biāo)回收率測試：對樣品進(jìn)行加標(biāo)回收率測試，按照元素含量選擇合適的濃度進(jìn)行加標(biāo)，每個元素的加標(biāo)回收率都在96.4~109%之間。

實際樣品測試

      利用上述方法對實際樣品進(jìn)行測試，結(jié)果見表2。

表2 樣品測試結(jié)果 (單位: mg/kg)

結(jié)語

      采用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法測試，顯示結(jié)果的加標(biāo)回收率，精密度良好，測試結(jié)果準(zhǔn)確可靠；取兩份及以上相同的樣品獨立進(jìn)行實驗，以完全一致的條件（消解方法、試劑、儀器以及分析人員）進(jìn)行分析，考察其結(jié)果的一致性，樣品平行性良好。可作為石墨烯粉體中金屬雜質(zhì)的定量測試分析方法。

• 附錄

設(shè)備與耗材方案

一、EXPEC 6100D型ICP-OES 標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)樣系統(tǒng)配置詳情

二、EXPEC 790S型超級微波化學(xué)工作站配置詳情

三、試劑及標(biāo)準(zhǔn)品