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、超电容器、纳米电子器件及生物医药等域。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 （优纯）

双氧水  电子≥30%

硫酸（优纯）

高氯酸 （优纯）

盐酸  （优纯）

曲拉通X-100 分子生物学

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，称量的干燥和除静电处理同样举足轻重。常温下保存在大气中易吸收水分，从而影响测量结果。称量之，需要进行有效的干燥处理，这也是后期处理和元素测量工作的提条件。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，将压片好的样品放入真空干燥箱内在105℃下干燥2h。

微波消解(MWAD)

ICP-AES测量之，需要对GR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有效的处理方法，处理方法先采用常用、操作简单的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 6 mL浓HNO;和1 mLH2O2，同时设置2组空白。将消解罐放置于赶酸仪内90℃下预消解1 h。消解结束后发现消解不完全,加热浓缩,继续滴加5 mL浓HNO3和 1 mLH2O2，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，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1 h，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,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48 h以上，使用时先用超纯水（电阻率为18.2 MQ.cm）清洗干净并超声30 min，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小，标准溶液需要二稀释，将标准溶液先用体积分数为2%的 HNO;稀释50倍，浓度稀释至20 ug/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、100 ppb、500 ppb、1000 ppb、2000 ppb和5000 ppb，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，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。

关于美析

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、原子荧光光度计、ICP-AES、ICP-MS，生命科学仪器：超微量分光光度计、全自动核酸提取仪，目，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，结合市场的新实际需求，近期将陆续推出批全新的分析类仪器。

原创作者：美析中国仪器有限公司