基于電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法的金屬元素定量測(cè)試分析

胡 強(qiáng)，賀 婷

（江西省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局物化探大隊(duì)實(shí)驗(yàn)測(cè)試所，江西 南昌 330000）

隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，促進(jìn)了我國(guó)巖礦測(cè)試技術(shù)的快速進(jìn)步，對(duì)地質(zhì)樣品的各種金屬元素、痕量元素和超痕量元素的檢測(cè)率逐漸提高，尤其是電感耦合等離子體（縮寫ICP）的綜合應(yīng)用，促進(jìn)了電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法的發(fā)展。電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法（縮寫ICP-AES），也稱電感耦合等離子體光學(xué)發(fā)射光譜法（縮寫ICP-OES），該方法利用高頻發(fā)生的電感耦合等離子體釋放的光源進(jìn)行分析樣品中金屬元素的含量，在現(xiàn)代化地質(zhì)樣品測(cè)試等領(lǐng)域應(yīng)用極為廣泛，尤其是我國(guó)金屬礦產(chǎn)資源勘查中的應(yīng)用更為廣泛。鑒于此，本文以某礦山鉛鋅礦石為例，分析電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法在礦石樣品中金屬元素定量測(cè)試的應(yīng)用過程，為同類礦石的測(cè)試分析提供參考[1]。

1 試驗(yàn)材料準(zhǔn)備

本次試驗(yàn)使用的電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀為美國(guó)某公司生產(chǎn)的PE Optima 800型號(hào)的儀器（圖1），電子天平采用BS-224型號(hào)，移液槍為PiPet-Lite型號(hào)；XCT3電熱鼓風(fēng)干燥箱、分裝式高壓密封消解罐等儀器。試驗(yàn)過程中使用的氫氟酸等級(jí)為分析純，硝酸、鹽酸等為BⅧ級(jí)；某礦山鉛鋅礦石制作的鉛、鋅溶液1000μg/mL。

本次試驗(yàn)過程中的試驗(yàn)條件為：霧化器流量設(shè)定為0.55L/min，射頻功率為1300W，輔助氣流量為0.2L/min，等離子體流量為15L/min，沖洗時(shí)間設(shè)定為20s，泵進(jìn)樣量為0.8L/min。本次試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)物為礦石中的Pb、Zn元素，目標(biāo)物的分析譜線波長(zhǎng)分別為220.353nm和206.200nm。

圖1 電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀示意圖

2 試驗(yàn)方法及處理

本次試驗(yàn)采用高壓密閉消解方法對(duì)礦石樣品進(jìn)行處理，在干燥箱中對(duì)礦石樣品進(jìn)行PT-FE內(nèi)膽加溫加壓消解處理，目的在于消解處理不僅能夠有效的礦石樣品中的揮發(fā)分對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響，提高定量測(cè)試精度，而且能夠有效的提高樣品的消解率。在消解罐中對(duì)樣品加溫加壓消解有利于快速消解難溶物質(zhì)，有效的避免了加熱板或者微波消解過程中消解不徹底的弊端，該方法能夠快速的將固態(tài)物質(zhì)消解為離子狀態(tài)。同時(shí)，消解過程中降低了揮發(fā)組分含量，進(jìn)而顯著的提高了測(cè)試精度和準(zhǔn)確性。因此，在金屬礦山中長(zhǎng)采用該種方法測(cè)定礦石中的伴生稀有元素、稀散元素等[2]。

待測(cè)樣品的處理流程主要包括以下幾個(gè)方面：①對(duì)消解罐使用0.49mol/L的稀硝酸浸泡8h后并用相同濃度的稀硝酸進(jìn)行沖洗，并將沖洗干凈的消解罐烘干處理；②在消解罐中加入5mL0.49mol/L的硝酸溶液，置于高壓密閉的消解儀中進(jìn)行高溫清洗，反復(fù)3次，直至消解罐冷卻后取出；③在消解罐中加入3mL鹽酸、1mL氫氟酸、2mL過氧化氫、6mL硝酸和0.05g待測(cè)樣品，搖勻后靜置一段時(shí)間后將其置于消解儀中進(jìn)行消解處理；④將消解完成的溶液取出后置于電加熱板上趕酸8至12次，完成后定容至50mL，為下一步試驗(yàn)做準(zhǔn)備。分別取出定容后的溶液10mL，用濃度為0.049mol/L的稀硝酸溶液稀釋呈濃度為100mg/L的溶液，再將混合溶液逐一稀釋成質(zhì)量濃度為100mg/L、50mg/L、10mg/L、5mg/L、1mg/L、0.5mg/L和0.1mg/L的試驗(yàn)溶液[3]。

3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

3.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制及檢出限分析

本次試驗(yàn)采用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法，故應(yīng)選擇譜線靈敏度高、背景值低的目標(biāo)光譜譜線，本次目標(biāo)物的分析譜線波長(zhǎng)分別為220.353nm和206.200nm。通過試驗(yàn)結(jié)果顯示可知，本次試驗(yàn)的2種元素均有良好的響應(yīng)值，試驗(yàn)成果較好。本次試驗(yàn)對(duì)不同質(zhì)量濃度的混合溶液進(jìn)行了測(cè)試分析，并根據(jù)測(cè)試結(jié)果繪制了標(biāo)準(zhǔn)曲線。試驗(yàn)結(jié)果表明，電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法對(duì)Pb、Zn進(jìn)行測(cè)定的相關(guān)系數(shù)均大于0.9999，且多組試驗(yàn)結(jié)果具有良好的線性關(guān)系，說明本次試驗(yàn)分析結(jié)果質(zhì)量可靠。本次獲得的標(biāo)準(zhǔn)曲線參數(shù)包括：Pb的譜線波長(zhǎng)為220.353nm、譜線強(qiáng)度為150.00，相關(guān)系數(shù)為0.999982，檢出限為0.0110mg/kg；Zn的譜線波長(zhǎng)為260.200nm、譜線強(qiáng)度為429.00，相關(guān)系數(shù)為0.999955，檢出限為0.0018mg/kg。

3.2 加標(biāo)回收試驗(yàn)分析

按照本次試驗(yàn)方法對(duì)待測(cè)樣品中的Pb、Zn進(jìn)行了測(cè)定，測(cè)試結(jié)果相關(guān)度均大于0.9999，說明測(cè)試質(zhì)量可靠。為了分析本次試驗(yàn)方法的準(zhǔn)確度，采用加標(biāo)回收方法進(jìn)行試驗(yàn)，分別進(jìn)行了30g/kg、20g/kg和10g/kg的加標(biāo)回收試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表1。由表1可知，通過3組實(shí)驗(yàn)組的加標(biāo)試驗(yàn)結(jié)果可知，2種元素的加標(biāo)回收率均在97.51%～100.02%之間，說明本次試驗(yàn)分析方法是可靠的[4]。

表1 加標(biāo)回收試驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

3.3 精密度分析試驗(yàn)

本文采用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法對(duì)某礦山的鉛鋅礦石進(jìn)行了測(cè)定分析，使用高壓密閉消解方法進(jìn)行試驗(yàn)。對(duì)3件樣品分別進(jìn)行了5次精密度試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表2。由表2可知，本次使用的方法獲得的測(cè)試結(jié)果的RSD值均小于1.21%，說明本次選用的方法精密度高，能夠滿足礦山測(cè)試分析的基本要求。此外，分別進(jìn)行了準(zhǔn)確度試驗(yàn)分析，通過測(cè)試結(jié)果可知，3組試驗(yàn)過程中Pb、Zn元素的測(cè)試誤差均小于0.71%，RSD值小于1.38%，說明本次選用的方法測(cè)定的結(jié)果準(zhǔn)確度高。

表2 精密度試驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

4 發(fā)展前景分析

金屬元素的檢測(cè)工作不僅與找礦勘查工作密切相關(guān)，而且與人們的日常生活息息相關(guān)，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：①在礦產(chǎn)資源開發(fā)與利用過程中，隨著礦渣、采礦活動(dòng)的進(jìn)行，加快了礦區(qū)地表土壤、水體和地下水的重金屬污染問題，破壞了原有的生態(tài)平衡，此時(shí)對(duì)礦山周邊環(huán)境進(jìn)行電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法定量測(cè)試工作，有助于防治礦山重金屬污染問題；②其他區(qū)域重金屬元素污染問題，隨著社會(huì)快速發(fā)展以及礦產(chǎn)資源的粗放式開發(fā)與利用，導(dǎo)致環(huán)境中重金屬污染日益嚴(yán)重，因此，使用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法對(duì)土壤、水體等中的重金屬元素有效檢測(cè)，是精準(zhǔn)治理環(huán)境污染的基礎(chǔ)。此外，土壤、水體中的重金屬元素超標(biāo)時(shí)，通過生物鏈的關(guān)系最終攝入人體，對(duì)人類健康造成威脅。因此，加強(qiáng)植物中重金屬元素檢測(cè)也是電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法今后發(fā)展的主要方向之一[5]。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法在金屬元素的定量測(cè)試分析工作中具有重要的意義，具有靈敏度高，檢出限低，精度準(zhǔn)的優(yōu)勢(shì)，在礦產(chǎn)資源勘查中具有廣闊的應(yīng)用前景。隨著資源需求關(guān)系，對(duì)稀有金屬資源、稀散金屬資源的綜合利用提出了更高的優(yōu)勢(shì)，這就對(duì)稀散、稀有元素的測(cè)試工作提出了更高的要求。因此，將電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法應(yīng)用于礦石痕量元素、超痕量元素的檢測(cè)領(lǐng)域中，對(duì)資源的找礦勘查工作提供了方向。此外，電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法在金屬元素檢測(cè)中具有明顯的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，因此，在土壤污染、水污染等領(lǐng)域中的應(yīng)用也極為廣泛[6-8]。