等離子體原子發(fā)射光譜法測定礦石樣品中鈮鉭的應(yīng)用

鄭平英

摘 要：運用傳統(tǒng)的分析方法對礦石樣品中的鈮、鉭元素進行檢測將會受到較多元素的干擾，實驗操作難度較大，因此礦石樣品中鈮、鉭元素的檢測結(jié)果的準確度達不到實驗要求，且實驗時間較長。鈮、鉭元素的化學性質(zhì)較為接近，因此對礦石樣品中的鈮、鉭進行檢測時可以先用微波消解對礦石進行加熱，然后將樣品加入到氫氟酸溶液中，再用酒石酸對溶液進行處理。

關(guān)鍵詞：微波消解 等離子發(fā)射光譜

中圖分類號：P575 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）09（a）-0073-02

本文通過利用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀對礦石樣品中的鈮、鉭進行檢測，通過實驗表明，該方法能夠?qū)ΦV石樣品中的鈮、鉭含量做出準確的分析，得到的分析結(jié)果完全滿足實驗要求。

1 實驗部分

1.1 儀器的工作條件

型號為Plasma1000型的電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀（北京納克）；Berghof微波消解儀（德國制造），利用微波消解儀對礦石樣品的加熱工作條件見表1。

1.2 試劑以及分析步驟

1.2.1 標準溶液的配制

濃度為100 μg/ml的Ta2O5和Nb2O5標準儲備液的配制。

分別準確稱取在110 ℃烘干過的高純Ta2O5和Nb2O5各0.0200 g于兩個鉑金坩堝中，將兩個鉑金坩堝放入700 ℃的馬弗爐加熱，直到坩堝中的試劑恒重后，停止加熱。然后分別向兩個坩堝中加入7.0 g左右的焦硫酸鉀，用小玻璃棒將試劑攪勻，然后將坩堝再次放入700 ℃的馬弗爐中，溶融15～20 min，取出冷卻，冷卻后的坩堝分別放入250 ml的燒杯中，向裝有Nb2O5的燒杯中加入近沸的50 g/L的酒石酸溶液100 ml，向裝有Ta2O5的燒杯中加入近沸的40g/L的酒石酸溶液100 ml，用玻璃棒對燒杯內(nèi)的溶液進行充分攪拌，直到燒杯里的溶液完全溶解。冷卻溶液至室溫，將溶液分別轉(zhuǎn)移到兩個200 ml的容量瓶中進行定容，搖勻[1]。

1.2.2 分析步驟

準確稱取0.2000 g的礦石樣品，將樣品放入到108 ℃的烘箱內(nèi)進行烘干，將烘干后的樣品放入到微波消解罐中，先向樣品中加入少量的水潤濕，然后再加入10 ml的氫氟酸，一切準備妥當后，將消解罐放進微波消解儀內(nèi)，按照表1的加熱條件對樣品進行消解[1]。消解結(jié)束后，將取出的消解罐放入到冷水中，冷卻150 min左右，然后在通風處將消解罐打開，將溶解液移入到100 ml的聚四氟乙烯燒杯中，再用蒸餾水對消解罐進行清洗，清洗液也一并轉(zhuǎn)移到燒杯中[2]。將燒杯放到電熱板上進行蒸發(fā)，當溶液的體積約為0.5 ml時取下燒杯，停止蒸發(fā)。向燒杯中加入100 g/L的酒石酸溶液2 ml，然后蒸干溶液，再向燒杯中加入2 g/L的酒石酸溶液20 ml，加熱到燒杯中不再有固體存在，停止加熱，取下燒杯冷卻至室溫，然后將燒杯里的液體移到100 ml容量瓶中進行定容，搖勻[3]。

2 等離子體原子發(fā)射光譜法的測定

2.1 使用四酸分解法對樣品進行溶解

鈮、鉭離子半徑和原子半徑較為接近，具有相近的化學性質(zhì)，因此兩種化學元素經(jīng)常會在同一種天然礦石中出現(xiàn)。酸溶解和熔劑熔融是兩種常用的分解礦石中鈮、鉭元素的方法[4]。因為，利用熔劑在對礦石樣品進行熔融時會導(dǎo)致溶液中出現(xiàn)大量的鹽類雜質(zhì)，為了降低溶液中鹽類雜質(zhì)的含量就必須對溶液進行稀釋，對溶液進行稀釋可能會擴大分析的誤差。在室溫下用氫氟酸對礦石樣品進行溶解，不能完全分解帶有雜質(zhì)的樣品，這樣會導(dǎo)致分析結(jié)果偏低。而用氫氟酸、鹽酸、硝酸、高氯酸的混合酸可以使礦石樣品中的鈮、鉭完全分解[6]。表2為用氫氟酸在室溫下對礦石樣品進行溶解和用氫氟酸、鹽酸、硝酸、高氯酸的混合酸對礦石樣品進行溶解的分析結(jié)果的對比數(shù)據(jù)。通過表中的數(shù)據(jù)我們可以看出用氫氟酸溶解樣品中鈮、鉭元素的分析結(jié)果偏低，而用氫氟酸、鹽酸、硝酸、高氯酸的混合酸溶解樣品，可以提高分析結(jié)果的準確度。

2.2 優(yōu)化儀器參數(shù)

由于受等離子體和信噪比負載的穩(wěn)定影響，選用的儀器的功率應(yīng)當為1151 W；為了確保雜質(zhì)對實驗結(jié)果形成的干擾較低，應(yīng)當確保較小濃度的鹽進入到檢測樣品中，因此應(yīng)適當?shù)慕档瓦M樣速率，本實驗選用的進樣速率為0.0247 ml/s；為了使樣品能夠在等離子通道中停留足夠長的時間，應(yīng)適當加強分析線，降低載氣壓力，本實驗將載氣壓力調(diào)到了25.0psi，為了確保等離子體的穩(wěn)定以及對矩管進行有效的冷卻，實驗中選用的冷卻氣流量為0.25 L/s，輔助氣流量為0.017 L/s，因為引入等離子的樣品中還會有一定量的氟離子，因此在實驗過程中應(yīng)當合理的降低樣品溶液在標準霧化系統(tǒng)中所停留的時間，一般情況下對實驗樣品的清洗時間應(yīng)當為15 s。

2.3 消除干擾光譜

利用氫氟酸、鹽酸、硝酸、高氯酸的混合酸對礦石樣品進行處理，樣品中最常見的硅元素將會形成易揮發(fā)物質(zhì)四氟化硅會完全揮發(fā)掉，而樣品中的鎂、鈣等元素也將會形成沉淀，通過過濾即可除去，不會對最終的光譜形成干擾。Ti2681480nm線對Ta2681517{125}nm線發(fā)射光譜右背景形成較為嚴重的干擾，樣品溶液中比較常見的鈉、鎂、鐵、鋁等金屬元素都不會對光譜產(chǎn)生明顯的干擾，因此實驗結(jié)果真實可靠。

2.4 選擇霧化系統(tǒng)

本實驗所用的樣品中將會含有少量的氟離子存在，通常情況應(yīng)該選用耐氫氟酸霧化系統(tǒng)；但由于耐氫氟酸霧化系統(tǒng)的效率較低，極容易降低檢測鈮、鉭的精準度，因此綜合分析選用標準霧化系統(tǒng)更為合理。氟離子同玻璃中的硅元素會發(fā)生反應(yīng)，生成具有粘合性的弱酸硅酸，減少了清洗時間，因此在試驗過程中應(yīng)當將多余的塑料管剪掉，并且每測定完一個樣品后用蒸餾水對器皿進行2分鐘左右的清洗，盡可能的降低氟離子對整個系統(tǒng)的腐蝕。

2.5 校準曲線

以5 g/L的酒石酸溶液為介質(zhì)配制濃度分別為2 μg/ml的Nb2O5溶液，4 μg/ml的 Ta2O5溶液。利用選定的儀器對溶液發(fā)生光譜，將以鈮、鉭原子發(fā)射光譜強度I作為坐標軸的縱坐標，以Nb2O5和Ta2O5溶液濃度作為坐標軸的橫坐標繪制標準曲線。

3 結(jié)語

利用等離子體原子發(fā)射光譜儀測定礦石樣品中的鈮、鉭元素含量，流程短，干擾元素少，造成的污染小，且檢測的準確率較高，能滿足現(xiàn)在地質(zhì)行業(yè)的發(fā)展需求，同時隨著科技的發(fā)展，檢測技術(shù)也越來越成熟，具有較高的推廣價值。

參考文獻

[1] 張萍，姚明星，李賢珍.微波消解—電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法測定礦石樣品中鈮鉭[J].冶金分析2010，8（15）：139-139.

[2] 趙喜成.電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法在測定膠黏劑等化工產(chǎn)品中硼、錫、銅和鐵元素的應(yīng)用[D].煙臺大學2013，3（30）：129-129.

[3] 倪文山.氧化鎂共沉淀-電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法測定礦石樣品中釷[J].冶金分析，2013，1（15）：30-30.

[4] 高丹.微波消解——電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法測定礦石樣品中的鈹[J].科技傳播2010，9（23）：75-75.

[5] 鈦杜梅，許濤.電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法測定鈮精礦中鈮、錳、理化檢驗（化學分冊）[J].冶金分析，2014，3（18）：14-14.

[6] 張萍，孟亞蘭.萃取富集-電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法測定礦石中鎵[J].冶金分析，2010，4（9）：17-18.endprint