電感耦合等離子體質(zhì)譜法同時(shí)測(cè)定地質(zhì)樣品中鎘、鍺、鈷研究

王 婷

（中國建筑材料工業(yè)地質(zhì)勘查中心吉林總隊(duì)，吉林 長春 130000）

在三稀元素中，鎘、鍺屬于分散元素。近年來，我國高度重視三稀元素資源，并強(qiáng)調(diào)應(yīng)借助有效手段，確保能夠在地質(zhì)樣品中，完成鎘、鍺測(cè)定工作，而鈷屬于分析元素。鎘、鍺、鈷含量相對(duì)較低，但是一旦與土壤、水相接觸，將會(huì)產(chǎn)生污染，進(jìn)而對(duì)人類健康威脅嚴(yán)重。因此，落實(shí)鎘、鍺、鈷含量工作十分重要。

1 實(shí)驗(yàn)背景

就目前而言，針對(duì)地質(zhì)樣品而言，為有效保障鎘元素測(cè)定工作，需要選擇有效消解體系，并配合使用微波消解法，確保樣品得到有效處理，并得到準(zhǔn)確的測(cè)定數(shù)據(jù)?？傮w而言，體質(zhì)譜法應(yīng)用在行業(yè)中較為常見，可有效完成鎘元素測(cè)定工作，雖然該方法應(yīng)用相對(duì)較為簡(jiǎn)單，但是運(yùn)行效率相對(duì)較低，不僅涉及到大量三酸、四酸的使用，還會(huì)進(jìn)一步增加廢液的出現(xiàn)，對(duì)實(shí)驗(yàn)人員身體健康十分不利。同時(shí)，該方法還能夠應(yīng)用到鍺元素測(cè)定工作中，在樣品前，需要應(yīng)用氫氟酸-硝酸-高氯酸-磷酸作為消解體系，完成消解工作，但是同樣存在大量四酸用量的情況，在增加成本的同時(shí)，還具有一定的危害性。該方法同樣適用于鈷元素測(cè)定工作，經(jīng)消解處理后，即可獲取測(cè)定結(jié)果，雖然具有良好的檢測(cè)效率，但是存在檢出限不足的問題。由此可見，針對(duì)鎘、鍺、鈷元素測(cè)定工作而言，往往需要采取多種分析方法，并且樣品前處理工作也具有一定的復(fù)雜性，要求行業(yè)應(yīng)進(jìn)一步加大對(duì)該方法檢測(cè)效率的研究力度。近年來，相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，在應(yīng)用該體質(zhì)譜法的同時(shí)，合理選擇相應(yīng)的混合溶液，并為樣品提供溶解處理，建立在有效驅(qū)酸操作基礎(chǔ)上，可進(jìn)行復(fù)溶提取，可有效完成鎘、鍺、鈷元素測(cè)定工作，并且測(cè)定準(zhǔn)確率較高，有利于減少對(duì)實(shí)驗(yàn)人員的危害。

2 實(shí)驗(yàn)

2.1 實(shí)驗(yàn)儀器

本文使用儀器包括體質(zhì)譜儀、分析天平等，結(jié)合實(shí)驗(yàn)需求，還需要另外配置干燥箱、鈦合金熔樣罐等。在本文研究中，針對(duì)多元素混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，其質(zhì)量濃度設(shè)置應(yīng)控制在100μg/ml。所有巖石成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)編號(hào)前綴均為GBW，其中，花崗巖編號(hào)為07103，安山巖編號(hào)為07104，玄武巖編號(hào)為07105，石英砂巖編號(hào)為07106，頁巖編號(hào)為07107，泥質(zhì)灰?guī)r編號(hào)為07108。另外根據(jù)實(shí)驗(yàn)需求，準(zhǔn)備了足量的硝酸、氫氟酸。調(diào)諧液質(zhì)量濃度為1μg/L。要求應(yīng)做好高純氬氣純度控制，具體在99%以下。通過直接野外采集，可得到相應(yīng)的地質(zhì)樣品，本文以去離子水作為研究全過程用水。

2.2 實(shí)驗(yàn)溶液

取適量硝酸、氫氟酸，經(jīng)3：1的比例方式，在均勻混合處理后，可形成硝酸-氫氟酸混合溶液，為后續(xù)溶液工作使用。取適量濃硝酸、水，具體劑量可控制在100ml，同樣進(jìn)行混合均勻，形成硝酸溶液，為后續(xù)使用。應(yīng)用多元素混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，確定劑量為5ml，放入容量瓶中，定容處理后搖勻，生成鎘、鍺、鈷混合標(biāo)準(zhǔn)使用液，最終實(shí)驗(yàn)劑量為1μg/ml。取10該溶液放入到容量瓶中，并使用硝酸溶液（5%）完成定容處理，當(dāng)觀察到溶液達(dá)到容量瓶標(biāo)線后，經(jīng)過搖勻處理，可得到鎘、鍺、鈷混合標(biāo)準(zhǔn)使用液A，具體劑量為0.1μg/ml。取10ml該溶液放入到容量瓶中，并應(yīng)用與上文相同劑量的硝酸溶液完成定容處理，當(dāng)溶液達(dá)到容量瓶標(biāo)線后，搖勻后可得到鎘、鍺、鈷混合標(biāo)準(zhǔn)使用液B，具體計(jì)量為0.01μg/ml。系列鎘標(biāo)準(zhǔn)工作溶液的獲取步驟如下：取不同劑量標(biāo)準(zhǔn)使用液B，包括0.0、0.1、0.3、0.5、0.8、1.0ml，將其分別放置在不同的容量瓶中，使用硝酸溶液完成定容處理，硝酸溶液應(yīng)保持劑量在5%，獲取鎘含量，并進(jìn)一步生成不同劑量的系列鎘標(biāo)準(zhǔn)工作溶液。系列鍺標(biāo)準(zhǔn)工作溶液獲取步驟：取不同劑量標(biāo)準(zhǔn)使用液A，包括0.0、0.5、1.0、2.0、3.0、5.0ml，定容處理應(yīng)用硝酸溶液（5%），搖勻后，可形成不同劑量鍺含量，生成系列鍺標(biāo)準(zhǔn)工作溶液。系列鈷標(biāo)準(zhǔn)工作溶液制作步驟包括：取標(biāo)準(zhǔn)使用液A，劑量包括0.0、5.0、10.0、20.0、30.0、50.0ml，分別放入到相應(yīng)的容量瓶中，硝酸溶液為5%，以此完成定容處理，搖勻后完成鍺含量配制工作，并進(jìn)一步形成系列鍺標(biāo)準(zhǔn)工作溶液。

2.3 質(zhì)譜條件

在本文研究中，要求射頻功率應(yīng)保持在1250w，輔助、等離子、霧化氣流量分別為0.2L/min、12L/min，1.0L/min，載氣流量以及壓力要求保持在1.13L/min、0.7MPa，樣品提升速度以及泵速應(yīng)保持在30r/min、0.1ml/min。同時(shí)，本文實(shí)驗(yàn)需要合理控制采樣深度，具體要求在9.5mm，并進(jìn)一步確定重復(fù)次數(shù)，具體要求達(dá)到3次。在時(shí)間方面，本文實(shí)驗(yàn)共涉及到三項(xiàng)指標(biāo)，即單元素積分、沖洗以及穩(wěn)定時(shí)間，要求應(yīng)分別進(jìn)行控制，具體指標(biāo)要求在1.5s、30s、15s[1]。

2.4 樣品處理

取坩堝以及樣品0.05g，放在一起，再次放入混合溶液，予以放置處理，放置時(shí)間為30min，將蓋子蓋上，將坩堝整個(gè)放入壓力罐，消解處理，時(shí)間為12h，在完成消解處理后，降溫處理后，保持壓力罐室溫，取出坩堝，并開啟蓋子，將坩堝放在電熱板上，并保持120℃進(jìn)行加熱處理，并進(jìn)一步予以驅(qū)酸處理，使溶液體積逐漸下降到1ml以下，將濃硝酸（1ml）加入其中，取出坩堝，在將溶液放入容量瓶中的同時(shí)，將用水沖洗完成的殘留沖洗液同樣放入到容量瓶中，定容處理，搖勻后正式進(jìn)行測(cè)試。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 儀器工作參數(shù)

取元素Be、In、Ce、U，經(jīng)有效手段，提取調(diào)諧液，并以質(zhì)量數(shù)作為分類標(biāo)準(zhǔn)，按照高、中、低形式應(yīng)用儀器，完成相應(yīng)的調(diào)諧工作，在調(diào)諧過程中，可另外使用雙電荷、氧化物，進(jìn)行干擾操作，并根據(jù)儀器標(biāo)準(zhǔn)要求，合理對(duì)調(diào)諧過程進(jìn)行調(diào)整，確保達(dá)到最佳參數(shù)值，在優(yōu)化后，工作參數(shù)與質(zhì)譜條件相一致[2]。

3.2 質(zhì)譜干擾校正

基于電感耦合等離子體質(zhì)譜法，質(zhì)譜、非質(zhì)譜干擾與檢測(cè)結(jié)果密切相關(guān)。其中，前者具體包括四種干擾方法，而后者具體包括兩種干擾方法。利用質(zhì)譜干擾，經(jīng)測(cè)量元素同位素，并配合校正方程，可完成相應(yīng)校正工作。非質(zhì)譜干擾能夠應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)加入法，并配合使用內(nèi)標(biāo)法，進(jìn)行相應(yīng)的校正工作。

測(cè)量同位素選擇需要注意避免存在過量干擾元素，同時(shí)，干擾機(jī)制負(fù)責(zé)的同位素也不在選擇范圍內(nèi)，建立在有效同位素選擇基礎(chǔ)上，可改善質(zhì)譜干擾情況?；贑d測(cè)定，干擾元素共兩種，即Zr、Sn，其中，前者與后者分別屬于同量異位素干擾、多原子離子干擾，并且在相比之下，后者具有更加復(fù)雜的干擾度，因此，本文最終選擇同位素為74Ge，具有質(zhì)譜干擾較低的特點(diǎn)，在靈敏度方面優(yōu)勢(shì)顯著。

3.3 線性方程與檢出限

結(jié)合上文儀器工作條件，在完成鎘、鍺、鈷標(biāo)準(zhǔn)工作溶液配置后，進(jìn)行相應(yīng)的測(cè)定工作。分別設(shè)置橫坐標(biāo)、縱坐標(biāo)為待測(cè)元素含量、質(zhì)譜峰強(qiáng)度，可制作出完整的標(biāo)準(zhǔn)工作曲線，并進(jìn)一步便于工作人員進(jìn)行線性方程計(jì)算，獲取相關(guān)系數(shù)。

樣品共進(jìn)行2次測(cè)試，方法檢出限為三倍標(biāo)準(zhǔn)偏差下的濃度值。表1為鎘、鍺、鈷各項(xiàng)參數(shù)。

表1 鎘、鍺、鈷各項(xiàng)參數(shù)

結(jié)合表1，鎘含量范圍在0.00～0.11μg/g，鍺含量范圍在0.00～5.02μg/g，鈷含量范圍在0.00～50.10μg/g，三者均與質(zhì)譜峰強(qiáng)度存在一定的線性關(guān)系，并且相關(guān)系數(shù)均在0.999以上，鎘檢出限為0.01μg/g，鍺檢出限為0.02μg/g，鈷檢出限為0.02μg/g。

3.4 精密度試驗(yàn)

保持工作條件與1.3一致，取樣品GBW07103、GBW07105、GBW07108，完成相應(yīng)的測(cè)定工作，每個(gè)樣品均需要經(jīng)過12次測(cè)定，最終獲取相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差值作為結(jié)果，測(cè)定結(jié)果顯示，偏差值范圍在0.79%～8.45%，體現(xiàn)出該方法的優(yōu)越性，即在精密度方面優(yōu)勢(shì)顯著。

3.5 準(zhǔn)確度試驗(yàn)

工作條件與1.3保持一致，測(cè)定樣品包括GBW07103、07104、07105、07106、07107、07108，經(jīng)檢測(cè)后，結(jié)果顯示，通過使用本文測(cè)定方法，可有效促進(jìn)測(cè)定值誤差控制，具體控制范圍在10%，總體而言，該方法能夠滿足實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)確性需求。

4 結(jié)論

經(jīng)有效處理手段，最終獲取到氫氟酸-硝酸混合溶液溶解樣品，對(duì)濃縮驅(qū)酸進(jìn)行加熱處理，并借助稀硝酸，經(jīng)復(fù)溶處理后，提取出處理完成的溶液，借助電感耦合等離子體質(zhì)譜法，可完成鎘、鍺、鈷含量測(cè)定工作。通過使用該方法進(jìn)行樣品檢查，可有效簡(jiǎn)化整個(gè)處理過程，并進(jìn)一步提高檢測(cè)效率，有利于優(yōu)化測(cè)定準(zhǔn)確率、精密度。該方法在批量測(cè)定鎘、鍺、鈷含量方面具有較高的優(yōu)越性。