礦山地質(zhì)勘查中原子吸收光譜法的應(yīng)用

李志明

（中鐵資源集團(tuán)中心實(shí)驗(yàn)室，河北 廊坊 065000）

隨著我國(guó)工業(yè)化進(jìn)程的不斷加快，礦產(chǎn)與能源需求量持續(xù)增加，傳統(tǒng)金屬礦地質(zhì)勘查方式已不能滿足礦山地質(zhì)勘查要求。眾所周知，原子是構(gòu)成物質(zhì)的本質(zhì)，并以不同方式運(yùn)動(dòng)。原子內(nèi)部運(yùn)動(dòng)可通過(guò)吸收能量、輻射等形式表現(xiàn)出來(lái)，原子光譜就是基于波長(zhǎng)順序排列的電磁輻射，原子吸收光譜法也由此產(chǎn)生。原子吸收光譜法在普通金屬及重金屬的化學(xué)分析中應(yīng)用廣泛，具有分析速度快、精密度高、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)，適用于食品工業(yè)、石油化工、地質(zhì)巖礦等領(lǐng)域[1]。近年來(lái)，我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，為了更好地的滿足人民生產(chǎn)生活對(duì)稀有金屬元素的需求，金屬礦的勘探與開發(fā)日益頻繁，原子吸收光譜法在金屬礦地質(zhì)勘探領(lǐng)域的應(yīng)用更加廣泛。

1 原子吸收光譜法的設(shè)備儀器與工作原理

1.1 設(shè)備儀器分析

原子吸收光譜法是檢測(cè)化學(xué)元素含量的重要方法，根據(jù)蒸汽相中待檢測(cè)元素基態(tài)原子對(duì)共振輻射的吸收強(qiáng)度檢測(cè)元素含量，以朗伯比爾定律為依據(jù)基于輻射特征譜線光的減弱程度實(shí)現(xiàn)對(duì)檢測(cè)樣本中待測(cè)元素實(shí)際含量的檢測(cè)。礦山地質(zhì)勘查中應(yīng)用原子吸收光譜法需要借助原子吸收光譜儀，該儀器由光源、原子化器、分光系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)4個(gè)主要部分組成。

1.2 工作原理分析

原子吸收光譜儀根據(jù)蒸汽相中待檢測(cè)元素基態(tài)原子對(duì)共振輻射的吸收強(qiáng)度，基于朗伯比爾定律原則對(duì)元素含量進(jìn)行檢測(cè)。其檢測(cè)工作原理是基于待檢測(cè)元素的基態(tài)原子能級(jí)躍遷。原子吸收是呈氣態(tài)原子對(duì)同類原子輻射出的特征譜線所表現(xiàn)出的吸收現(xiàn)象。當(dāng)輻射投射到原子蒸汽，如果原子由基態(tài)躍遷至激發(fā)態(tài)所需能量與輻射波長(zhǎng)相等，則會(huì)引起原子對(duì)輻射的吸收，形成吸收光譜[2]。原子吸收光譜是根據(jù)朗伯比爾定律，實(shí)現(xiàn)對(duì)檢測(cè)樣本中化合物含量的確定。已知所需樣品元素吸收光譜、摩爾吸光度、優(yōu)先吸收特定波長(zhǎng)的光，基于每種元素需消耗一定能量從基態(tài)轉(zhuǎn)化至激發(fā)態(tài)，在進(jìn)行原子吸收光譜法檢測(cè)時(shí)基態(tài)原子吸收特征輻射，通過(guò)檢測(cè)基態(tài)原子吸收特征輻射的程度，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)檢測(cè)樣本中待測(cè)元素含量的測(cè)量[3]。礦山地質(zhì)勘查中應(yīng)用原子吸收光譜法應(yīng)對(duì)待測(cè)元素進(jìn)行處理，最為關(guān)鍵的一點(diǎn)是將待測(cè)元素轉(zhuǎn)化為基態(tài)原子，完成原子化過(guò)程。

2 金屬礦地質(zhì)勘查應(yīng)用原子吸收光譜法的流程

金屬礦地質(zhì)勘查中應(yīng)用原子吸收光譜法，常用的原子化方式有石墨爐原子化器、空氣-乙炔火焰原子化器，其中石墨爐原子化器的最高原子化溫度為2800℃～3000℃，空氣-乙炔火焰原子化器的最高原子化溫度范圍為1800℃～2200℃。在金屬礦地質(zhì)勘探中，原子吸收光譜法的實(shí)際應(yīng)用流程如下：首先打開電源，空心陰極燈會(huì)發(fā)射出相應(yīng)波長(zhǎng)；然后采用火焰法，基于霧化器實(shí)現(xiàn)對(duì)檢測(cè)樣本的處理；霧化器處理完畢的檢測(cè)樣本至燃燒端口后，在乙炔作用下送至石墨管；高溫狀態(tài)下檢測(cè)樣本完成原子化過(guò)程；轉(zhuǎn)化至氣態(tài)原子的檢測(cè)樣本，經(jīng)待測(cè)元素特征波長(zhǎng)輻射照射，會(huì)引起少量輻射被基態(tài)原子吸收；分光系統(tǒng)進(jìn)行選擇后，由光電倍增管檢測(cè)器進(jìn)行檢測(cè)，進(jìn)一步得到輻射減弱情況，減弱的相應(yīng)程度即原子吸光度。遵循朗伯比爾定律，在一定濃度下，原子吸光度與待測(cè)元素濃度為線性關(guān)系。

3 金屬礦地質(zhì)勘查應(yīng)用原子吸收光譜法注意事項(xiàng)

在金屬礦山地質(zhì)勘查中，原子吸收光譜法可用于多種金屬元素的測(cè)定，其中火焰原子吸收光譜法能夠測(cè)得10-9g/ml數(shù)量級(jí)，而石墨爐原子吸收法能夠測(cè)得10-13g/ml數(shù)量級(jí)。原子吸收光譜法因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作簡(jiǎn)便、易于掌握、價(jià)格低廉在金屬礦地質(zhì)勘查中被廣泛應(yīng)用，因其分析性能良好、發(fā)展速度快在金屬礦地質(zhì)勘查中被廣泛推廣。但該技術(shù)用于金屬礦地質(zhì)勘查也存在一定的不足之處，原子吸收光譜法的靈敏度高，但檢出限較低，在多元素同時(shí)測(cè)定時(shí)尚有困難，一些元素的測(cè)定靈敏度還不能令人滿意。為了提高原子吸收光譜法用于金屬礦山地質(zhì)勘查的準(zhǔn)確度和靈敏度，應(yīng)進(jìn)一步明確原子吸收光譜法檢測(cè)的注意事項(xiàng)。

首先結(jié)合金屬礦地質(zhì)特征，做好最佳條件的選擇，選擇吸收波長(zhǎng)、原子化工作條件、空心陰極燈的預(yù)熱時(shí)間、空心陰極燈的工作電流、火焰燃燒器試液提升量、火焰燃燒器火焰類型、火焰燃燒器高度、燃?xì)庵細(xì)獾倪M(jìn)氣量、石墨爐操作時(shí)的惰性氣體、石墨爐最佳原子化溫度、光譜通帶、檢測(cè)器光電倍增管工作條件。其次注意結(jié)合金屬礦地質(zhì)特征，分析原子吸收光譜法應(yīng)用時(shí)的干擾因素，制定干擾消除對(duì)策。通常情況下，金屬礦山地質(zhì)勘查中應(yīng)用原子吸收光譜法主要存在背景干擾和化學(xué)干擾。背景干擾可以通過(guò)雙波長(zhǎng)法、自吸收法、塞曼效應(yīng)法等消除；化學(xué)干擾可以通過(guò)改變火焰溫度、加入緩沖劑、加入釋放劑、加入保護(hù)絡(luò)合劑等消除[4]。與此同時(shí)，在采用石墨爐方法進(jìn)行金屬礦地質(zhì)勘查時(shí)，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差RSD如大于11%，氬氣瓶中內(nèi)部壓強(qiáng)應(yīng)大于0.6MPa，純度應(yīng)大于99.1%，嚴(yán)密監(jiān)測(cè)石墨管的移動(dòng)、形變、阻塞、表面潔凈情況，發(fā)現(xiàn)異常立即調(diào)整，并做好冷凝水溫度與冷凝水水位異常情況的監(jiān)測(cè)，確保檢測(cè)儀器正常運(yùn)行，確保檢測(cè)方法正確、標(biāo)準(zhǔn)，確保檢測(cè)結(jié)果可靠、穩(wěn)定。在采用火焰原子吸收光譜法進(jìn)行金屬礦地質(zhì)勘探時(shí)，應(yīng)注意準(zhǔn)確調(diào)控燃燒頭的位置、燃?xì)饬髁勘壤?、霧化器實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài)，進(jìn)行檢測(cè)操作前應(yīng)檢查乙炔氣瓶壓強(qiáng)，壓強(qiáng)小于0.6MPa時(shí)及時(shí)更換；在進(jìn)行點(diǎn)火操作時(shí)緩慢打開乙炔氣瓶，成功點(diǎn)然后緩慢、準(zhǔn)確、合理地調(diào)整相關(guān)參數(shù)，防止爆炸的發(fā)生。

4 結(jié)語(yǔ)

金屬礦山地質(zhì)勘查中應(yīng)用原子吸收光譜法在很大程度上促進(jìn)了勘查工作的開發(fā)和創(chuàng)新。但在實(shí)施原子吸收光譜法檢測(cè)時(shí)，需要相關(guān)工作人員做到科學(xué)合理操作，做好設(shè)備儀器的維護(hù)，落實(shí)原子吸收光譜檢測(cè)的質(zhì)量控制，才能保證測(cè)量信息的精確性。從而提高金屬礦山地質(zhì)勘查效率，為金屬礦山資源的開發(fā)提供準(zhǔn)確理論依據(jù)。