微波消解-ICP-OES標準加入法測定鉭爐灰中的鉭

羅　策，李　劍，白煥煥，雷小燕

(寶鈦集團有限公司，陜西 寶雞　721014)

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分析測試新方法(193～196)

微波消解-ICP-OES標準加入法測定鉭爐灰中的鉭

羅策，李劍，白煥煥，雷小燕

(寶鈦集團有限公司，陜西 寶雞721014)

以氫氟酸和硝酸為溶劑通過微波消解對鉭爐灰進行溶解，經分取、稀釋后制得樣品溶液.對樣品溶液進行半定量分析，保證校準溶液加入合適的鉭量，制得系列校準溶液.選擇Ta 240.063 nm為分析譜線，采用標準加入法消除測定過程中的基體效應，在電感耦合等離子體發(fā)射光譜(ICP-OES)上對鉭爐灰中的鉭含量進行測定. 結果顯示，繪制的工作曲線線性相關系數均在0.999以上，測定結果的相對標準偏差(n=7)小于0.50%，加標回收率在94.6%～107.9%之間.

微波消解；電感耦合等離子體發(fā)射光譜；標準加入法；鉭爐灰

鉭屬于稀有貴重金屬，也是一種重要的戰(zhàn)略資源，被廣泛應用于航空、電子、化工、冶金、超導和醫(yī)學等諸多領域[1-3]. 鉭爐灰是鉭錠煉制過程中，殘留在電子束爐的爐壁、爐體、管道等部位的噴濺物.鉭爐灰中含有大量的鉭元素，經過收集、提取和分離可獲得純鉭，從而實現鉭資源的回收和利用. 為有效評價鉭爐灰的回收價值且為后續(xù)的提取和分離工藝制定提供數據參考，則需要建立準確測定鉭爐灰中鉭含量的檢測方法.

鉭含量測定的經典方法主要有比色法和分光光度法[4-6].但這些方法卻存在樣品處理操作繁瑣、檢測流程冗長、檢測效率低下等缺點. 電感耦合等離子體發(fā)射光譜法(ICP-OES)相對于經典的濕法分析，以其靈敏度高、精密度好、檢測效率高等優(yōu)點，并輔助以微波消解對樣品進行快速溶解，已廣泛應用于食品、金屬及礦石檢測等領域[7-9]. 目前未見關于微波消解-ICP-OES法測定鉭爐灰中鉭含量的報道. 基于此，本工作使用微波消解對鉭爐灰樣品進行溶解，實現了樣品快速、徹底溶解，采用標準加入法克服了無法基體匹配的問題，在ICP-OES上實現了鉭爐灰中鉭含量的測定. 該方法應用于實際樣品檢測，操作簡單，結果準確可靠.

1　試驗部分

1.1儀器及工作參數

MWS-4 型微波消解儀，德國BERGHOF公司. OPTIMA-4300V型電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀，美國PE公司，工作參數：RF功率1 300 W；等離子氣流量15 L/min；輔助氣流量0.2 L/min；霧化器流量0.60 L/min；觀察高度15 mm；蠕動泵速1.5 mL/min；積分時間為自動2～10 s；積分次數3次.

1.2試劑與材料

氫氟酸(ρ=1.14 g/mL，優(yōu)級純)；硝酸(ρ=1.42 g/mL，優(yōu)級純)；Ta、Nb、W、Mo、Cu、Fe、Si、Cr、Ni、Al、Mn、Ti、Zr標準儲備溶液(均為1.00 mg/mL，德國Merck公司，根據試驗需要稀釋后使用)；試驗用水(去離子水，18.2 MΩ·cm).

1.3樣品溶液的制備

稱取0.50 g鉭爐灰(精確至0.000 1 g)于微波消解罐(DAK100)中，依次加入5 mL H2O、5 mL HF、2.5 mL HNO3，待劇烈反應后擰緊消解罐蓋，按表1程序進行消解.消解完成后待消解罐冷卻至室溫、常壓后開罐，確保樣品完全溶解后轉入500 mL塑料容量瓶中，用水稀釋至刻度，混勻.分取5 mL溶液于100 mL塑料容量瓶中，補加1 mL HF和1 mL HNO3，用水稀釋至刻度，混勻待測.

表1　微波消解程序

1.4校準曲線的繪制

分取3份樣品溶液各5 mL于3個100 mL塑料容量瓶中，均補加1 mL HF和1 mL HNO3，再分別各加入相當于待測Ta含量一、二、三倍濃度的Ta標準溶液，用水稀釋至刻度，混勻,隨同樣品溶液制備試劑空白. 在ICP-OES上依次對試劑空白、校準溶液進行測定，繪制校準曲線.

2　結果與討論

2.1分析譜線選擇

參閱相關文獻[9-11]，并結合儀器軟件推薦，預先在儀器上選擇Ta 240.063、Ta 233.198和Ta 226.230 nm 3條分析譜線，通過干擾試驗對3條譜線進行篩選. 分別配制10 mg/L Ta單標溶液和1.0 mg/L Nb、0.1 mg/L W、Mo、Cu、Fe、Si、Cr、Ni、Al、Mn、Ti、Zr(鉭爐灰中可能存在的雜質元素)的單標溶液，在儀器上分別于3條譜線處進行檢測，獲得各元素在分析譜線處的光譜圖.對光譜圖中的干擾狀況分析結果表明，Ta 240.063 nm譜線均不受Nb、W、Mo等雜質元素干擾，且信噪比高，靈敏度合適. 因此選擇Ta 240.063 nm為分析譜線，背景點分別為0.025、-0.030 nm.

⑤汛期應服從防洪調度，同時兼顧水量的年際變化，每年九、十月份開始，應視河湖水情及上游來水情況逐步蓄水，必要時繼續(xù)抽江水補充湖庫，以保證冬春水量的正常供給。

2.2樣品溶解及制備方法的選擇

鉭不溶于一般酸堿，可溶于氫氟酸和硝酸的混酸體系中.由于鉭爐灰成分復雜，僅在常壓條件下采用氫氟酸和硝酸加熱溶解無法使樣品中的鉭溶解完全.微波直接把能量輻射到有電介特性的物質上,可以完全溶解鉭爐灰中的鉭[9]，因此選擇微波消解對樣品溶解. 鉭爐灰中鉭含量較高，直接在儀器上測定會造成儀器信號值過高甚至達到飽和，導致測定結果偏差較大，因此選擇0.50 g稱樣量，在保證其代表性的前提下采用分取5 mL稀釋至100 mL的方法以降低最終測試樣品中Ta的含量. 由于涉及到二次稀釋，無法保證最終測試樣品中溶液的酸度，Ta有可能水解. 文獻[12]表明在1% HF+1% HNO3(V/V)介質中Ta能穩(wěn)定存在. 本工作考察了1% HF+1% HNO3(V/V)介質中10 mg/L Ta元素在12 h內的穩(wěn)定性，如圖1所示.

圖1　1%HF+1%HNO3(V/V)的樣品溶液中Ta元素譜線發(fā)射強度12 h內變化Fig.1　Variation of Tantalum intensity in sample solution with 1%HF and 1%HNO3(V/V)within 12 h

圖1表明，Ta元素在1% HF+1% HNO3(V/V)介質中可以穩(wěn)定存在. 因此在制備樣品溶液時，采取向分取的5 mL母液中補加1 mLHF和1 mLHNO3的方法以保證測試樣品中的酸度，確保最終樣品溶液中Ta元素能穩(wěn)定存在.

2.3校準方法選擇

儀器分析中最常見的校準方法有3種：即工作曲線法(也稱外標法)、內標法和標準加入法. 在無法制得與待測樣品基體一致的校準溶液時應選擇標準加入法[13]. 由于鉭爐灰組成復雜，很難制得與其組成相似且各組分含量相近的校準溶液，所以選擇標準加入法進行校準，以消除檢測過程中樣品本身的基體效應.

2.4校準溶液中Ta加入量的確定

測定結果存在一定影響，一般加入量為待測元素含量的一、二、三倍為宜[14]. 由于鉭錠煉制工藝的差異，不同批次爐灰中鉭含量差異較大，為配制與待測樣品中Ta含量呈倍數關系增長的一組校準溶液，在配制校準溶液前應對待測樣品中Ta含量進行半定量分析. 即通過在1% HF+1% HNO3(V/V)的水介質中配制10 mg/L的Ta校準溶液，采用工作曲線法[13]在ICP-OES上于Ta 240.063 nm處，對樣品溶液進行半定量測定，得到其中Ta的大致含量(記為A). 然后向樣品中分別加入相當于A、2A、3A含量的Ta標準溶液，以保證校準溶液配制時Ta的加入量合適，使繪制的工作曲線線性良好，確保最終測定結果準確.

2.5校準曲線線性方程及線性相關系數

在確定的儀器工作參數下，將制備好的試劑空白、校準溶液噴入儀器，建立校準曲線. 隨機選取的3個不同鉭爐灰樣品測定時的校準曲線線性方程及線性相關系數如表2所列.

表2　線性方程及線性相關系數

表2表明繪制的校準曲線線性均在0.999以上，說明校準曲線線性良好，滿足測定要求.

2.6樣品分析與精密度、加標回收試驗

按照試驗方法及確定的檢測條件，對3個鉭爐灰樣品中的鉭含量進行了測定，并進行了精密度和加標回收試驗，結果如表3所列.

表3　樣品測定、精密度試驗(n=7)和加標回收試驗結果

由表3可以看出，測定結果的相對標準偏差(RSD/%)均小于0.50%，說明測定結果穩(wěn)定，一致性良好. 加標回收試驗回收率在94.6%～107.9%之間，說明測定結果準確、可靠.

3　結論

本工作使用微波消解對鉭爐灰樣品進行快速溶解，采用標準加入法去除基體效應，在ICP-OES上進行了鉭爐灰中鉭含量的測定，測定結果的相對標準偏差(RSD/%)小于0.50%，加標回收率在94.6%～107.9%之間. 該方法操作簡單，精密度好，準確度高，適用于鉭爐灰中鉭含量的測定.

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Determination of Tantalum in Tantalum Furnace Ash by Method of Microwave Digestion and ICP-OES Standard Addition

LUO Ce, LI Jian, BAI Huan-huan, LEI Xiao-yan

(BaoTiGroupCoLtd,Baoji721014,ShaanxiChina)

The tantalum furnace ash was dissolved by microwave digestion with hydrofluoric acid and nitric acid medium, and the samples were prepared after separation and dilution. A semi quantitative analysis was used to analyze the sample solutions, ensuring the preparation of calibration solutions to be suit for the amount of tantalum, and a series of calibration solutions were also prepared. Ta 240.063 nm was the selected as the analytical spectral line, and the standard addition method was used to remove the matrix effect, and then the contents of tantalum in tantalum ashes were determined by inductively coupled plasma emission spectrometry (ICP-OES). The results showed that the linear correlation coefficients of the standard curves were over 0.999, and the relative standard deviations (RSDs,n=7) were less than 0.50% with a recovery of 94.6%～107.9%.

microwave decomposition; ICP-OES;standard addition method;tantalum furnace ash

2016-05-03;

2016-06-03.

羅策(1982-)，男，碩士，工程師，研究方向：金屬材料化學成分分析，E-mail: luocejob@126.com，Tel: 0917-3389008.

O657.3

B

1006-3757(2016)03-0193-04

10.16495/j.1006-3757.2016.03.012