電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法測定金礦石中鉛鋅砷鉍鎘汞

陳祝海

摘要：國家標準方法測定金礦石中的鉛、鋅、砷、鉍、鎘和汞需多次溶樣，操作繁瑣。研究建立了混合酸消解，電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法同時測定金礦石中鉛、鋅、砷、鉍、鎘和汞的分析方法。實驗對混合酸加入量、氟化氫銨溶液加入量、消解溫度、消解時間等影響因素進行了優(yōu)化。該方法各元素加入標準物質(zhì)回收率為98.0 %～104.0 %，測定結(jié)果的相對標準偏差（n=11）為0.60 %～4.76 %，且與國家標準方法測定結(jié)果一致，具有操作簡單，一步消解、多元素同時測定，檢測效率高等優(yōu)點，適用于大批量金礦石樣品的檢測。

關(guān)鍵詞：ICP-AES;金礦石;鉛;鋅;砷;鉍;鎘;汞

中圖分類號：TD926.3 O657.31文獻標志碼：A開放科學（資源服務(wù)）標識碼（OSID）：

文章編號：1001-1277（2020）04-0079-04doi：10.11792/hj20200418

鉛、鋅、砷、鉍、鎘和汞等是金礦石中常見的伴生元素，這些雜質(zhì)元素對提金生產(chǎn)工藝有一定的影響[1-4]，實際生產(chǎn)或需根據(jù)這些元素來選擇或調(diào)整工藝參數(shù)。同時，這些重金屬元素會對人體[5-7]和環(huán)境[8-9]產(chǎn)生危害和污染。金礦石化學分析方法系列國家標準[10-14]采用原子吸收光譜法、原子熒光光譜法、滴定法對鉛、鋅、砷、鉍、鎘和汞進行測定，但只能進行單一元素測定，在多元素分析時，需要多次溶樣，且各元素的消解方式不盡相同，操作繁瑣，耗時耗力，無法滿足大批量樣品的分析測試需求。電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜（ICP-AES）法具有靈敏度高、線性范圍寬、精密度好和多元素同時測定等優(yōu)勢，廣泛應(yīng)用于地礦、材料、冶金、環(huán)境、食品、化工等領(lǐng)域[15-16]。本文研究建立了混合酸一步消解，ICP-AES法同時測定金礦石中鉛、鋅、砷、鉍、鎘和汞的分析方法。該方法操作簡單，可多元素同時檢測，打破了單元素測定效率不高的瓶頸，且精密度和準確度良好，滿足大批量金礦石樣品分析的需求。

1 實驗部分

1.1 儀 器

Optima5300DV 電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀（美國PerkinElemer公司），其工作參數(shù)見表1，各元素推薦分析譜線見表2。

1.2 試 劑

硝酸（ρ=1.42 g/mL）、鹽酸（ρ=1.19 g/mL）、高氯酸（ρ=1.76 g/mL）、酒石酸溶液（200 g/L）、氟化氫銨溶液（200 g/L）、混合酸（V（硝酸）∶V（鹽酸）∶V（水）=3∶1∶4），均為分析純。實驗水為去離子水。

鉛、鋅、砷、鉍、鎘、汞單元素標準貯備溶液（1 000 μg/mL）、釔標準溶液（100 μg/mL），均購于國家標準物質(zhì)研究中心。

鉛、鋅、砷、鉍、鎘、汞標準溶液A（100.0 μg/mL）：分別移取10.00 mL鉛、鋅、砷、鉍、鎘、汞單元素標準貯備溶液于100 mL容量瓶中，加入10 mL混合酸，用水稀釋至刻度，混勻。

鉛、鋅、砷、鉍、鎘、汞標準溶液B（10.00 μg/mL）：分別移取10.00 mL鉛、鋅、砷、鉍、鎘、汞標準溶液A于100 mL容量瓶中，加入10 mL混合酸，用水稀釋至刻度，混勻。

釔內(nèi)標溶液（2.00 μg/mL）：移取10.00 mL釔標準溶液于500 mL容量瓶中，加入50 mL混合酸，用水稀釋至刻度，混勻。

1.3 實驗方法

稱取0.25 g樣品置于150 mL聚四氟乙烯燒杯中，用少量水潤濕，加入10 mL混合酸、1 mL氟化氫銨溶液和1 mL酒石酸溶液，蓋上聚四氟乙烯燒杯蓋，待反應(yīng)完成后，置于150 ℃～180 ℃電熱板上加熱，消解

1.5～2.0 h后取下，冷卻至室溫，用少量水沖洗燒杯蓋及杯壁，將試液全部轉(zhuǎn)移至50 mL容量瓶中，用水稀釋至刻度，搖勻，靜置澄清或干過濾。根據(jù)樣品大致含量，分取適當體積上述試液于100 mL容量瓶中，加入2 mL酒石酸溶液、10 mL混合酸，用水稀釋至刻度，混勻。試液于電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀上，用釔內(nèi)標溶液作為內(nèi)標（選擇波長371.029 nm），在選定的最佳工作條件下測定。隨同做空白實驗。

1.4 標準工作曲線繪制

分取相應(yīng)的鉛、鋅、砷、鉍、鎘、汞標準溶液A或標準溶液B于1組100 mL容量瓶中，加入2 mL酒石酸溶液、10 mL混合酸，用水稀釋至刻度，混勻。該系列標準工作溶液中鉛、鋅、砷質(zhì)量濃度分別為0，0.10，0.50，1.00，5.00，10.00和20.00 μg/mL;鉍、鎘、汞質(zhì)量濃度分別為0，0.10，0.30，0.50，1.00，3.00和5.00 μg/mL。

在與試液測定相同條件下，用釔內(nèi)標溶液作為內(nèi)標，以“零”標準溶液調(diào)零，測定系列標準工作溶液中各元素的光譜強度，以被測元素的質(zhì)量濃度為橫坐標，光譜強度為縱坐標，繪制工作曲線。

1.5 結(jié)果計算

鉛、鋅、砷、鉍、鎘和汞的質(zhì)量分數(shù)計算公式為：

w（X）=（ρ-ρ0）Vm×V2[]V1×10-6×100 %（1）

式中：w（X）為鉛、鋅、砷、鉍、鎘和汞的質(zhì)量分數(shù)（%）;ρ為試液中各元素的質(zhì)量濃度（μg/mL）;ρ0為空白試液中各元素的質(zhì)量濃度（μg/mL）;V為試液體積（mL）;m為樣品質(zhì)量（g）;V2為試液分取后定容體積（mL）;V1為試液分取體積（mL）。

2 結(jié)果與討論

以實際樣品（其中汞元素采用加入適當標準溶液的方式）進行單因素實驗，探討混合酸加入量、氟化氫銨溶液加入量、消解溫度、消解時間對測定結(jié)果的影響，優(yōu)化和選擇最佳實驗條件。在最優(yōu)條件下，進行干擾實驗、加入標準物質(zhì)回收率實驗、精密度實驗和方法比對實驗，以驗證方法的準確度和精密度。

2.1 實驗條件的確定

2.1.1 混合酸加入量

按實驗步驟分別加入8 mL、10 mL和12 mL混合酸進行實驗，結(jié)果見表3。由表3可知：混合酸加入量為8～12 mL時，樣品測定結(jié)果沒有顯著性差異。為保證一定的酸度，選擇混合酸加入量為10 mL。

2.1.2 氟化氫銨溶液加入量

按實驗步驟分別加入0，1，2，3和4 mL氟化氫銨溶液進行實驗，結(jié)果見表4。由表4可知：氟化氫銨溶液加入量為0～4 mL時，樣品測定結(jié)果沒有顯著性差異。因此，為確保樣品消解完全，選擇氟化氫銨溶液加入量為1 mL。

2.1.3 消解溫度

按實驗步驟分別在120 ℃、150 ℃、180 ℃和220 ℃進行消解溫度實驗，結(jié)果見表5。由表5可知：消解溫度在120 ℃～180 ℃時，樣品測定結(jié)果沒有顯著性差異。消解溫度為220 ℃時，對鉛、鋅、鉍、鎘和砷的測定結(jié)果無顯著影響，但汞的測定結(jié)果明顯偏低。這是因為過高的消解溫度會造成汞的揮發(fā)，使得測定結(jié)果偏低。綜合考慮，控制消解溫度為150 ℃～180 ℃。

2.1.4 消解時間

按實驗步驟分別在1.0 h、1.5 h、2.0 h和2.5 h進行消解時間實驗，結(jié)果見表6。由表6可知：消解時間為1.0～2.5 h時，樣品測定結(jié)果沒有顯著性差異。綜合考慮，消解時間選擇1.5～2.0 h。

2.2 共存元素干擾

按照確定的最佳實驗條件，分別對2個金礦石樣品（其中汞元素采用加入適當標準溶液的方式）進行全過程干擾實驗，結(jié)果見表7。根據(jù)對國內(nèi)部分黃金礦山的調(diào)研，主要共存元素按調(diào)研結(jié)果最大量的1.5倍加入，即Cu 37.5 mg、Fe 37.5 mg、Au 37.5 μg、Ag 187.5 μg。由表7可知：2個樣品各元素加入干擾前后的相對偏差為-8.3 %～6.5 %，表明樣品中主要共存元素對待測元素無明顯干擾。

2.3 加入標準物質(zhì)回收率

按照確定的實驗條件，進行加入標準物質(zhì)回收率實驗。選用1個金礦石樣品，分別加入5.0 μg和250.0 μg各元素，結(jié)果見表8。由表8可知：各元素加入標準物質(zhì)回收率為98.0 %～104.0 %，表明方法具有較好的準確度。

2.4 方法的精密度

選用3個金礦石樣品，分別加入相應(yīng)的標準溶液，配制成不同金屬含量的水平樣品，進行梯度精密度實驗。每個樣品稱取11份，按照實驗方法進行測定，結(jié)果見表9。由表9可知：不同梯度的鉛、鋅、砷、鉍、鎘和汞測定結(jié)果的相對標準偏差分別為0.60 %～3.36 %、1.01 %～2.78 %、0.80 %～2.58 %、1.23 %～4.76 %、0.84 %～1.03 %、0.76 %～2.41 %，精密度良好，滿足分析要求[17]。

2.5 方法對比

實驗選用2個金礦石樣品，分別采用本方法與國家標準方法[11-12，14]進行測定，結(jié)果見表10。由表10可知：本方法測定結(jié)果與國家標準方法測定結(jié)果沒有顯著性差異，具有良好的一致性。

3 結(jié) 語

混合酸消解-ICP-AES法可實現(xiàn)金礦石中鉛、鋅、砷、鉍、鎘和汞的同時測定，具有操作簡單，干擾少，流程短，檢測效率高等優(yōu)點。在混合酸加入量為10 mL、氟化氫銨溶液加入量為1 mL、消解溫度為150 ℃～180 ℃、消解時間為1.5～2.0 h條件下，鉛、鋅、砷、鉍、鎘和汞測定結(jié)果的相對標準偏差分別為0.60 %～3.36 %、1.01 %～2.78 %、0.80 %～2.58 %、1.23 %～4.76 %、0.84 %～1.03 %、0.76 %～2.41 %，加入標準物質(zhì)回收率為98.0 %～104.0 %，具有良好的精密度和準確度。該方法能夠滿足金礦石中鉛、鋅、砷、鉍、鎘和汞的測定要求，可應(yīng)用于大批量樣品的分析，為礦物資源評價、工藝指標控制提供測定依據(jù)。

[參 考 文 獻]

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Abstract：National standard testing method for Pb，Zn，As，Bi，Cd and Hg in gold ores is lengthy due to more than one sample dissolution.An analytical method was developed for simultaneous determination of Pb，Zn，As，Bi，Cd and Hg in gold ores by Inductively Coupled Plasma-Atomic Emission Spectroscopy with mixed acids digestion.The in-fluence factors were optimized such as the dosage of mixed acid，the dosage of ammonium bifluoride solution，the digestion temperature，and the digestion time.The recovery rate of standard addition of each element in the established method is 98.0 %-104.0 %.The relative standard deviation （n=11） is 0.60 %-4.76 %，which is consistent with national standard methods.The method is simple in operation and efficient in detection with one-step digestion for simultaneous determination of multiple elements，which could be applied to the detection of large quantities of samples.

Keywords：ICP-AES;gold ore;Pb;Zn;As;Bi;Cd;Hg