地質(zhì)礦物樣品中稀土元素ICP-AES法快速測(cè)定

李智慧

（江西核工業(yè)地質(zhì)局二六四大隊(duì)實(shí)驗(yàn)室，江西 贛州 341000）

ICP-AES法是一種發(fā)射光譜分析方法，該方法主要以電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀為分析儀器，以AAS溶液為檢測(cè)溶液，通過(guò)被測(cè)物體在ICP放電過(guò)程中生成的輻射信號(hào)為檢測(cè)依據(jù)，以此分析出被測(cè)物種中含有的化學(xué)元素。ICPAES法可以同時(shí)對(duì)多種元素進(jìn)行測(cè)定，具有關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道，該方法可以同時(shí)測(cè)定出78種化學(xué)元素，并且自然界中存在的所有元素，都可以用ICP-AES法快速測(cè)定。由于ICP-AES法具有較高的靈活性、精準(zhǔn)性和便捷性，并且檢測(cè)結(jié)果基體效應(yīng)較小，該方法已經(jīng)被廣泛應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域中。目前隨著對(duì)地質(zhì)礦物中稀土元素檢測(cè)要求的提高，傳統(tǒng)方法在檢測(cè)過(guò)程中由于受化學(xué)和基體等元素干擾，導(dǎo)致檢測(cè)結(jié)果精準(zhǔn)度較低，所以此次將ICP-AES法應(yīng)用到地質(zhì)礦物稀土元素測(cè)定中，形成一種基于ICP-AES法地質(zhì)礦物樣品中稀土元素快速測(cè)定方法。

1 基于ICP-AES法地質(zhì)礦物樣品中稀土元素快速測(cè)定方法

（1）ICP-AES法地質(zhì)礦物樣品預(yù)處理。在運(yùn)用ICPAES法對(duì)地質(zhì)礦物樣品中稀土元素進(jìn)行測(cè)定之前，需要對(duì)樣品進(jìn)行預(yù)處理，保證測(cè)定結(jié)果的準(zhǔn)確性。首先將被測(cè)地質(zhì)礦物樣品置于一定容量燒杯中，并以1:1的比例加入鹽酸，讓樣品溶液與鹽酸進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)?；瘜W(xué)反應(yīng)停止后，加入定量的氧化氫，然后將溶液進(jìn)行加熱，待地質(zhì)礦物樣品完全溶解成溶液之后，將多余的氧化氫進(jìn)行去除，等到溶液完全冷卻之后，即可運(yùn)用ICP-AES法對(duì)預(yù)處理后的地質(zhì)礦物樣品溶液進(jìn)行測(cè)定。

（2）確定檢測(cè)儀器工作參數(shù)。電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀是ICP-AES法對(duì)樣品測(cè)定過(guò)程中所使用的重要儀器，不同性質(zhì)的礦物樣品，檢測(cè)儀器工作參數(shù)設(shè)置是不同的，檢測(cè)儀器參數(shù)設(shè)置是否符合樣品是保證測(cè)定結(jié)果精準(zhǔn)的關(guān)鍵，其中包括儀器功率、載氣流量、觀測(cè)高度等。此次選擇美國(guó)YH電子公司出產(chǎn)的PI-2018型電感耦合等離子體發(fā)射儀，該儀器具有分析效率高、精準(zhǔn)度高的優(yōu)點(diǎn)。儀器的功率不僅會(huì)影響到樣品中稀土元素離子信號(hào)發(fā)射強(qiáng)度，還會(huì)影響到背景發(fā)射，高功率可以提高檢測(cè)樣品溫度，使稀土元素譜線發(fā)射強(qiáng)度增強(qiáng)，同時(shí)樣品光譜信背比和測(cè)出能力提高，但是高功率會(huì)提高樣品的基體效應(yīng)，導(dǎo)致檢測(cè)結(jié)果精度較低；低功率可以減小被測(cè)樣品的集體效應(yīng)，但信背比和測(cè)出能力會(huì)受損。綜合兩方面因素，考慮到測(cè)定地質(zhì)礦物樣品中稀土元素的適中功率條件，確定檢測(cè)儀器功率設(shè)置為920W。儀器的載氣流量對(duì)樣品的譜線強(qiáng)度影響是多方面的，它會(huì)影響到儀器等離子體中心通道的溫度、樣品溶液的電子密度以及對(duì)樣品的測(cè)定時(shí)間等，對(duì)于儀器載氣流量的設(shè)定從保證樣品溶液提升率和霧化效率的角度出發(fā)，確定儀器的載氣流量設(shè)定為0.96L/min。儀器的觀測(cè)高度工作參數(shù)與矩管中心管內(nèi)徑大小有關(guān)，同時(shí)也和之前設(shè)定的儀器功率和載氣流量有關(guān)，綜合地質(zhì)礦物樣品中稀土元素的譜線強(qiáng)度，確定儀器對(duì)稀土元素的觀測(cè)高度為20mm。下表為電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀工作參數(shù)具體設(shè)置。

表1 電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀工作參數(shù)設(shè)置

（3）ICP-AES法快速測(cè)定。首先將預(yù)處理后得到的地質(zhì)礦物樣品溶液放入檢測(cè)儀器中，在檢測(cè)過(guò)程中要時(shí)刻注意譜線的干擾情況，將每個(gè)稀土元素推薦一條光譜分析線，以降低其它因素對(duì)稀土元素信號(hào)放射的干擾系數(shù)，下表為地質(zhì)礦物樣品中稀土元素推薦分析線表。

表2 地質(zhì)礦物樣品中稀土元素推薦分析線表

在電感耦合等離子體發(fā)射儀稀土元素分析線波長(zhǎng)處用稀土元素標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，并根據(jù)儀器得出的稀土元素等離子放射曲線計(jì)算出地質(zhì)礦物樣品中的稀土元素含量。以La為例，其計(jì)算公式如：

公式（1）中，ρ(Pa)為稀土元素Pa的等離子放射強(qiáng)度；V為地質(zhì)礦物樣品溶液體積，mL。同樣地質(zhì)礦物樣品中其他稀土元素也可以通過(guò)公式（1）計(jì)算出來(lái)，以此實(shí)現(xiàn)了ICPAES法對(duì)地質(zhì)礦物樣品中稀土元素的快速測(cè)定。

2 實(shí)驗(yàn)

2.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

為了證明此次提出的基于ICP-AES法地質(zhì)礦物樣品中稀土元素快速測(cè)定方法的有效性，將其與傳統(tǒng)測(cè)定方法進(jìn)行一組對(duì)比實(shí)驗(yàn)。在ICP-AES法對(duì)待測(cè)地質(zhì)礦物樣品進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀工作參數(shù)設(shè)置參見(jiàn)表1，分析線選擇參見(jiàn)表2，進(jìn)行ICP-AES法測(cè)量，從檢測(cè)儀器得出的元素放射曲線運(yùn)用公式（1）計(jì)算出樣品中稀土元素的含量。為了保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的有效性，對(duì)地質(zhì)礦物樣品使用兩種測(cè)定方法共進(jìn)行8次測(cè)定，以檢驗(yàn)基于ICP-AES法地質(zhì)礦物樣品中稀土元素快速測(cè)定方法的精準(zhǔn)度。

2.2 結(jié)果分析

將基于ICP-AES法地質(zhì)礦物樣品中稀土元素快速測(cè)定方法用方法1表示，將傳統(tǒng)方法用方法2表示，圖1為兩種方法的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

從圖1中可以看出，此次提出的方法最高精準(zhǔn)度可以達(dá)到92%，且最低精準(zhǔn)度也能達(dá)到78%；而傳統(tǒng)方法的最高精準(zhǔn)度僅為80%，并且整體低于此次提出的方法。證明了此次提出的基于ICP-AES法地質(zhì)礦物樣品中稀土元素快速測(cè)定方法具有較高的精準(zhǔn)度。

圖1 兩種測(cè)定方法實(shí)驗(yàn)結(jié)果

3 結(jié)束語(yǔ)

將ICP-AES法應(yīng)用到地質(zhì)礦物樣品中稀土元素的測(cè)定中，有效避免了樣品中基體和化學(xué)因素的干擾，保證了對(duì)待測(cè)樣品檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。ICP-AES法除了被應(yīng)用在地質(zhì)領(lǐng)域中，由于其具有良好的測(cè)定優(yōu)點(diǎn)，在生物醫(yī)學(xué)、冶金、水質(zhì)檢測(cè)以及商品檢測(cè)等領(lǐng)域中也具有良好的應(yīng)用前景。