ICP-MS分析汝瓷釉料中玛瑙和燧石的矿物元素

王君子,王晓磊,宋召冰,侯冬岩,刁全平,3,吴 寒

(1.宝丰县清凉寺君子汝瓷研究所,河南 平顶山 467492;2.辽宁省天然产物活性分子开发及利用重点实验室 辽宁 鞍山 114007;3.鞍山师范学院 化学与生命科学学院,辽宁 鞍山 114007;4.国家农业深加工产品质量监督检验中心,吉林 长春 130002)

近年来,随着对宋代汝瓷釉料研究的不断深入[1-6],宋代汝瓷釉料中的两种特色原料玛瑙与燧石受到越来越多的关注.

玛瑙是具有曲面或平面层状结构的石英隐晶质体,呈白色或乳白色,硬度6.5,其质地坚硬细腻、色彩鲜艳多样、纹带层次分明、造型千姿百态,是一种平凡而美丽的天然宝石,深受人们喜爱.玛瑙断面紧密粗糙,油脂光泽,呈贝壳状、柱状、块状、粒状等,二氧化硅含量97.5%左右[7].玛瑙是汝瓷生产中的特有原料,汝瓷在烧制过程中,温度和热动力不断变化,汝瓷釉料原料中的碱性成分Na2O、K2O等与原料中的SiO2发生反应,生成碱-硅酸凝胶.这种凝胶会不断吸水膨胀,使其内部产生应力.当其膨胀到一定程度,内应力足够大时,汝瓷釉料便会出现裂缝.燧石能够有效抑制碱-硅反应(Alkali-Silica Reaction,ASR)造成的膨胀,即有效抑制汝瓷制作中ASR产生的膨胀所引起的釉料裂缝[8-9].

本文针对河南宝丰清凉寺汝瓷釉料中玛瑙和燧石里的矿物元素进行分析,建立电感耦合等离子体-质谱分析方法[10-12],为探究宋代汝瓷釉料的矿物元素提供科学依据.

1 仪器材料

1.1 仪器

WR/BP-3TC型变频控温微波样品处理系统(北京盈安美诚科学仪器有限公司),Agilent 7500A型电感耦合等离子体质谱仪(美国安捷伦公司),XYA2-40-H型帕恩特超纯水机(北京湘顺源科技公司).

1.2 材料

17种矿物元素Al、As、Ba、Ca、Cr、Cu、Fe、Hg、K、Mg、Mn、Na、Pb、Se、Sr、V、Zn的标准溶液由国家农业深加工产品质量监督检验中心配制.

浓HNO3、H2O2、HF为光谱纯(德国默克公司).

1.3 实验样品

玛瑙和燧石由君子汝瓷研究所提供.

2 试验方法

2.1 样品处理

实验样品玛瑙和燧石在1 200 ℃左右煅烧,煅烧过程中升温速度要缓慢,如果升温过快会影响烧成质量,需慢慢升温和除湿.然后再干燥、磨碎、过0.425 mm筛.采用微波消解法处理样品[13].

2.2 仪器参数

优化仪器参数,将仪器调整到最佳状态[13].

2.3 测定步骤

在优化仪器参数下,对内标校正元素灵敏度、试剂空白、标准溶液、样品空白、样品溶液进行测定,建立校准方程并根据校准方程计算样品中矿物元素浓度,校准方程见表1.

表1 17种矿物元素的校准方程

3 结果与分析

3.1 方法检出限

对空白溶液连续测定7次,计算出标准偏差,以3倍标准偏差作为方法的检出限,见表2.

表2 方法检出限

3.2 精密度测定

将17种被测元素标准溶液配成系列浓度的标准溶液,测定方法的精密度,见表3.

表3 精密度测定结果

3.3 准确度实验

对样品进行准确度实验,准确度范围为89.70%～101.03%.

3.4 样品测定

对玛瑙和燧石中的矿物元素进行测定,各元素质量分数结果见表4.

表4 玛瑙和燧石中矿物元素的测定结果(μg·g-1)

4 结论

采用电感耦合等离子体-质谱法对宋代汝瓷釉料中玛瑙的17种矿物元素和燧石的14种矿物元素进行了分析测定.实验结果显示:玛瑙和燧石中共存的Al、Ca、Fe、K、Mg、Na 6种矿物元素的含量均较高,其中,燧石中Fe的含量高于玛瑙中Fe的含量,玛瑙中其他5种矿物元素的含量均高于燧石中的含量.

关于宋代汝瓷釉料中玛瑙和燧石的矿物元素分析少见报道,本文为研究汝瓷釉料的特性提供了实验依据.