巖石中鉛、鋅金屬元素的測定方法

劉玉聰(河北省地礦局第六地質(zhì)大隊(duì)，河北 石家莊 050081)

0 引言

火焰原子吸收分光光度法的測試原理為：試樣經(jīng)王水分解，在硝酸介質(zhì)中，使用空氣-乙炔火焰，鉛于波長283.3nm處、鋅于波長213.8nm處，用原子吸收分光光度計(jì)測量吸光度，計(jì)算被測所含金屬元素含量。

電感耦合等離子體質(zhì)譜法的測試原理為：試樣經(jīng)過鹽酸-硝酸-氫氟酸-高氯酸分解后，于3%的硝酸介質(zhì)中，將待測試樣溶液引入高溫等離子炬中，使待測元素被激發(fā)成離子及原子，發(fā)射出所含元素的特征譜線。在規(guī)定的波長處測量各元素離子及原子的發(fā)射光譜強(qiáng)度，發(fā)射光譜強(qiáng)度與被測元素的濃度成正比，采用校準(zhǔn)曲線法，由儀器自帶計(jì)算機(jī)計(jì)算被測元素的含量。

1 實(shí)驗(yàn)中用到的試劑

1.1 火焰原子吸收分光光度法中用到的試劑

鹽酸(ρ1.19g/mL)；硝酸(ρ1.42g/mL)；硝酸(1+1)；鹽酸(1+1)；標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制：

鉛標(biāo)準(zhǔn)儲備溶液[ρ(Pb)=1.00mg/mL]：稱取1.0000g金屬鉛(>99.99%)，置于250mL燒杯中，蓋上表面皿，沿杯壁加入10mL硝酸，微熱，待全部溶解后，用水洗去表面皿，冷卻后移入1000mL容量瓶中，用水稀釋至刻度，搖勻；

鉛標(biāo)準(zhǔn)溶液[ρ(Pb)=20.0μg/mL]：分取20.00mL鉛標(biāo)準(zhǔn)儲備溶液，置于1000mL容量瓶中，用水稀釋至刻度，搖勻；

鋅標(biāo)準(zhǔn)儲備溶液[ρ(Zn)=1.00mg/mL]：稱取1.0000g金屬鋅(>99.99%)，置于250mL燒杯中，蓋上表面皿，沿杯壁加入10mL鹽酸，放置自溶(如酸不夠可補(bǔ)加)，待全部溶解后，用水洗去表面皿，冷卻后移入1000mL容量瓶中，用水稀釋至刻度，搖勻；

鋅標(biāo)準(zhǔn)溶液[ρ(Zn)=20.0μg/mL]：分取20.00mL鋅標(biāo)準(zhǔn)儲備溶液，置于1000mL容量瓶中，用水稀釋至刻度，搖勻。

1.2 電感耦合等離子體質(zhì)譜法中用到的試劑

硝酸(ρ1.42g/mL)；氫氟酸(ρ1.13g/mL)；鹽酸(ρ1.19g/mL)；高氯酸(ρ1.68g/mL)；混合酸(硝酸+鹽酸=4+1)；硝酸(1+9)標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制：

鉛標(biāo)準(zhǔn)儲備溶液[ρ(Pb)=1.00mg/mL]：稱取1.0000g金屬鉛(>99.99%)，置于250mL燒杯中，蓋上表面皿，沿?zé)诩尤?0mL硝酸(1+1)加熱溶解后，用少量水洗去表面皿，移至1000mL容量瓶中，用水稀釋至刻度，搖勻；

鉛標(biāo)準(zhǔn)溶液[ρ(Pb)=20.0μg/mL]：分取20.00mL鉛標(biāo)準(zhǔn)儲備溶液，置于1000mL容量瓶中，用水稀釋至刻度，搖勻；

鋅標(biāo)準(zhǔn)儲備溶液[ρ(Zn)=1.00mg/mL]：稱取1.000g金屬鋅(>99.99%)，置于250mL燒杯中，蓋上表面皿，沿?zé)诩尤?0mL鹽酸(1+1)，放置自溶(如酸不夠可補(bǔ)加)，溶解完全后，用水洗去表面皿，移入1000mL容量瓶中，用水稀釋至刻度，搖勻；

鋅標(biāo)準(zhǔn)溶液[ρ(Zn)=20.0μg/mL]：分取20.00mL鋅標(biāo)準(zhǔn)儲備溶液，置于1000mL容量瓶中，用水稀釋至刻度，搖勻。

2 試樣分解

2.1 火焰原子吸收分光光度法中的試樣分解

準(zhǔn)確稱取0.1000g試樣，將試樣置于100mL燒杯中，加入適量水潤濕，加入15mL鹽酸，蓋上表面皿，置電熱板上加熱15～20min,加入5mL硝酸，繼續(xù)加熱至試樣分解完全，用少量水洗去表面皿，蒸發(fā)至干，加入5mL硝酸溶解殘?jiān)盟疀_洗杯壁，繼續(xù)加熱至鹽類溶解，取下，沖洗表面皿，冷卻至室溫，用水移入100mL容量瓶中，并稀釋至刻度，搖勻，澄清。

校準(zhǔn)溶液系列配制：分取0.00mL、2.50mL、5.00mL、10.00mL、15.00mL、20.00mL鉛、鋅[ρ(Pb)=20.0μg/mL]，分別置于兩組50mL容量瓶中，加入5mL硝酸用水稀釋至刻度，搖勻。

2.2 電感耦合等離子體質(zhì)譜法中的試樣分解

準(zhǔn)確稱取25mg(精確至0.01mg)試樣與100mL的聚四氟乙烯燒杯中，用適量水將樣品濕潤，加入10mL鹽酸，加熱至近干；加入10mL硝酸、10mL氫氟酸、2mL高氯酸。置于電熱板上加熱至試樣全部溶解，溫度控制在185±5℃左右，并蒸至近干。

稍冷。加入4mL混合酸(硝酸+鹽酸=4+1)，微熱溶解鹽類至溶液清亮，冷卻，將溶液定量轉(zhuǎn)移至25mL塑料比色管。用硝酸(1+9)稀釋至刻度，搖勻，隔夜放置，待用于ICP-MS測定。

校準(zhǔn)溶液系列配制：分別移取鉛、鋅標(biāo)準(zhǔn)溶液[ρ(Pb)=20.0μg/mL]，稀釋配制成所需的混合標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

表1 所需的混合標(biāo)準(zhǔn)

3 測定

3.1 火焰原子吸收分光光度法

用原子吸收分光光度計(jì)，參照儀器工作條件，調(diào)整儀器參數(shù)至最佳狀態(tài)。分別測量校準(zhǔn)系列溶液和試樣溶液的吸光度值，同時進(jìn)行空白試驗(yàn)溶液和驗(yàn)證試驗(yàn)溶液的測定。

3.2 電感耦合等離子體質(zhì)譜法

參考儀器工作條件，將儀器點(diǎn)火穩(wěn)定后，將校準(zhǔn)工作溶液和試樣溶液先后引入高溫等離子體焰中，對各元素進(jìn)行測定，同時進(jìn)行空白試驗(yàn)溶液和驗(yàn)證試驗(yàn)溶液的測定。并由計(jì)算機(jī)專用軟件計(jì)算并保存數(shù)據(jù)。

4 分析結(jié)果的計(jì)算

4.1 火焰原子吸收分光光度法

鉛、鋅含量以質(zhì)量分?jǐn)?shù)ω(Pb、Zn)計(jì)，數(shù)值以%表示，按式(1)計(jì)算：

式中：m1為從校準(zhǔn)曲線上得到分取試樣溶液的元素含量(μg)；m0為從校準(zhǔn)曲線上得到空白試驗(yàn)溶液的元素含量(μg)；V為試樣溶液總體積(mL)；m為試樣量(g)。

4.2 電感耦合等離子體質(zhì)譜法

鉛、鋅含量以質(zhì)量分?jǐn)?shù)ω(Pb、Zn)計(jì)，數(shù)值以%表示，按式(2)計(jì)算：

式中：ρ1為從校準(zhǔn)曲線上查得試樣元素含量(μg/mL)；ρ0為從校準(zhǔn)曲線上查得試劑空白溶液元素含量(μg/mL)；V為測定溶液體積(mL)；m為被稱取樣品的質(zhì)量(g)。

5 測試結(jié)果

取六個樣品分別用兩種方法進(jìn)行比對試驗(yàn)。

5.1 火焰原子吸收分光光度法的測試結(jié)果

鉛方法系列如表2所示。

表2 鉛方法標(biāo)準(zhǔn)系列吸光度

以鉛濃度為橫坐標(biāo)，吸光度為縱坐標(biāo)，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。測試結(jié)果如表3所示。

鋅方法系列如表4所示。

表4 鋅方法標(biāo)準(zhǔn)系列吸光度

以鋅濃度為橫坐標(biāo)，吸光度為縱坐標(biāo)，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。測試結(jié)果如表5所示。

表5 樣品鋅元素分析結(jié)果

5.2 電感耦合等離子體質(zhì)譜法的測試結(jié)果

以濃度為橫坐標(biāo)，吸光度為縱坐標(biāo)，標(biāo)準(zhǔn)曲線見下圖。測試結(jié)果如表6、表7所示。

表6 樣品鉛元素分析結(jié)果

表7 樣品鋅元素分析結(jié)果

6 結(jié)語

根據(jù)實(shí)驗(yàn)測試中數(shù)據(jù)對比可以總結(jié)出，兩種方法的測試結(jié)果沒有明顯差異。由于火焰原子吸收分光光度法一次只能分析一種待測元素，所以對于多元素分析耗時較長，電感耦合等離子體質(zhì)譜法前期準(zhǔn)備較為復(fù)雜，所需配制溶液較為繁瑣，對于分析單元素分析不適宜。

綜上所述，待測樣品數(shù)量多，且待測元素較為單一，火焰原子吸收分光光度法更方便快捷，當(dāng)待測樣品數(shù)量少，待測元素較多時，宜采用電感耦合等離子體質(zhì)譜法。