探討原子吸收在地質(zhì)實驗測試中的應(yīng)用

李仲夏

地質(zhì)實驗測試工作對于地質(zhì)中金屬元素的回收利用具有重要作用，但是在傳統(tǒng)的地質(zhì)實驗測試工作中，在各方面因素的影響下其實驗數(shù)值準(zhǔn)確性較差，從而對地質(zhì)中金屬元素的回收利用造成不利影響。隨著原子吸收技術(shù)被應(yīng)用到地質(zhì)實驗測試工作中，有效的推動了我國地質(zhì)實驗測試工作的發(fā)展，已經(jīng)成為我國地質(zhì)實驗測試工作的重要發(fā)展方向。通過應(yīng)用原子吸收測定技術(shù)，構(gòu)建完善的應(yīng)用和評定形式，對于推動地質(zhì)測試的準(zhǔn)確性、可靠性和穩(wěn)定性具有重要意義，能夠有效的推動我國地質(zhì)行業(yè)的發(fā)展。本文對原子吸收技術(shù)進行了介紹，并且對其在地質(zhì)測試中的應(yīng)用形式進行了探討。

1 原子吸收測定法的分析

1.1 原子吸收法概述

原子吸收光譜法是20 世紀(jì)中期出現(xiàn)的一種檢測技術(shù)，其能夠通過物質(zhì)產(chǎn)生的原子蒸汽在不同元素中的譜線吸收反應(yīng)，實現(xiàn)待測元素的定量分析。利用元素的特定波長，可以測量出該元素產(chǎn)生的原子蒸汽的輻射吸收值，根據(jù)其可以計算出物質(zhì)中待測元素的含量。在通常情況下，原子會處于基態(tài)狀態(tài)下，當(dāng)輻射光照射到原子蒸汽上以后，原子吸收能量，進而被激發(fā)，形成激發(fā)態(tài)原子，當(dāng)原子處于第一激發(fā)態(tài)時會出現(xiàn)共振吸收反應(yīng)，從而產(chǎn)生原子吸收光譜，根據(jù)原子輻射吸收值能夠計算出元素的量。隨著原子吸收技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了多種原子吸收光譜類型，主要有火焰離子吸收法、石墨爐原子吸收法和氫化物發(fā)生法等三種。

（1）原子火焰吸收法。原子火焰吸收法具有非常廣泛的應(yīng)用，尤其是在易原子化的元素檢測中具有重要應(yīng)用，其優(yōu)點在于檢測效率高、重現(xiàn)性好并且重復(fù)性低，而且對于絕大多數(shù)元素其檢測靈敏度都比較高。當(dāng)前，原子火焰吸收法中常用的是空氣-乙炔火焰，由于火焰溫度只有2300℃，導(dǎo)致其難以使高沸點、高熔點和易形成難熔氧化物的元素原子化，因此當(dāng)前通過屏蔽氧-空氣火焰、預(yù)混合樣-乙炔火焰和氧化亞氮-乙炔火焰等來提高火焰溫度，從而實現(xiàn)高沸點、高熔點元素的原子化，實現(xiàn)準(zhǔn)確檢測。原子火焰吸收法的缺點在于，受到原子化效率和霧化效率等因素的影響，其檢出限在10-9g 的數(shù)量級，對于含量較低的元素不能夠進行有效的檢測。

（2）石墨爐原子吸收法。石墨爐原子吸收法利用石墨材料制成的原子化器，通過加熱電流來實現(xiàn)元素原子化。石墨爐原子吸收法的優(yōu)點在于具有較高的靈敏度，其靈敏度可以達到10-12g ～10-14g；由于該方法能夠?qū)崿F(xiàn)原子化溫度的自由調(diào)節(jié)，因此具有較高的安全性；此外，該方法只需要5μL ～100μL 的樣本量，就能夠完成一次檢測，使其應(yīng)用起來更加方便；石墨爐原子吸收法的缺點在于成本較高，而且檢測精度較低、重現(xiàn)性差，而且若樣品的基體比較復(fù)雜，則導(dǎo)致其背景吸收干擾性比較大，會影響檢測的精確率。

（3）氫化物發(fā)生法。該種方法具有非常高的靈敏度，常用于易形成氫化物的元素檢測中，如Ge、Bi、Hg、Sb、As、Sn、Pb、Se 等。氫化物發(fā)生法的進樣效率可以達到約100%，因此在Hg、Sn、As 等在原子化過程中易轉(zhuǎn)化為不穩(wěn)定氫化物的元素檢測中具有重要應(yīng)用。該方法是在分離基體和元素的情況下進行元素的原子化的，因此受到外界因素的干擾比較小，靈敏度比較高。

1.2 原子吸收光譜法的應(yīng)用優(yōu)勢

1.2.1 選擇性強

原子吸收光譜法具有較寬的吸收帶寬，這使其具有較快的檢測速度，而且能夠?qū)崿F(xiàn)自動化操作。該方法還不容易受到譜線干擾，這主要是由于在該方法中譜線只能夠基于主線轉(zhuǎn)變，而且譜線相對較短，因此不容易出現(xiàn)線重疊的現(xiàn)象，從而有效的降低了干擾，具有較強的選擇性。

1.2.2 分析范圍廣

原子吸光譜法具有70 多種檢測方法，能夠?qū)Ω鞣N物質(zhì)中各種主量元素進行檢測，還能夠?qū)崿F(xiàn)微量、超痕量元素的檢測；該種方法不僅能夠檢測金屬元素和類元素，在非金屬元素和有機物的檢測中也有很好的效果。

1.2.3 靈敏度高

原子吸收光譜法具有較高的靈敏度，在常規(guī)檢測工作中，應(yīng)用該方法進行檢測，檢測限基本都可以達到ppm 的級別?？偟膩碚f，該方法不僅靈敏度高，而且操作便捷，能夠縮短檢測分析周期，提高測量速度。

1.3 原子吸收光譜法在金屬檢測中的應(yīng)用

在金屬檢測工作中，原子吸收光譜法具有重要應(yīng)用。原子吸收光譜法可以對Cr、Ni、Cu、Mn、Mo、Ca、Mg、Al、Cd、Pb、Ad、Zn、Ba、K、Na 等元素分析，應(yīng)用火焰離子檢測法可以檢出限可以達到10-9g/ml 數(shù)量級，石墨爐原子吸收法可測到10-13g/ml數(shù)量級，利用氫化物發(fā)生器還可以對揮發(fā)性金屬元素汞、錫、銻、鍺等進行微痕量測定。

2 原子吸收在地質(zhì)實驗測試中的應(yīng)用方向

2.1 采樣

在地質(zhì)實驗測試工作中，采樣是重要的環(huán)節(jié)，直接影響到后續(xù)實驗測試的結(jié)果，因此需要做好地質(zhì)實驗測試采用工作，在工作中注意以下幾方面的問題：

（1）保證樣品清潔，降低雜質(zhì)對實驗測試準(zhǔn)確度的影響。在樣品采樣過程中，需要對采集的樣品進行全面的清洗和殺菌處理，使用蒸餾水來對采集的樣品進行蒸餾清洗，提高采集樣品的清潔度，從而降低雜質(zhì)對于實驗測試結(jié)果準(zhǔn)確性的影響。

（2）確保采用儀器的清潔度。在實驗測試過程中，在使用設(shè)備和儀器之前，需要對設(shè)備儀器進行仔細檢查，避免錯用而影響實驗結(jié)果。

（3）做好化學(xué)試劑管理。在地質(zhì)實驗檢測工作中，需要嚴格按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進行規(guī)范的配比、調(diào)和和保存。對于金屬元素樣品，應(yīng)放置在專用儀器中，確保保存良好，降低對后續(xù)實驗測定工作開展的影響。

（4）控制好化學(xué)試劑配比誤差。在地質(zhì)實驗測試工作中，需要應(yīng)用到一些化學(xué)試劑，這些試劑的配比會影響到測定結(jié)果，因此需要加強試劑配比的管理，降低配比誤差，提高測試結(jié)果的準(zhǔn)確性。

2.2 稀釋

在應(yīng)用原則吸收法進行地質(zhì)測試時，稀釋是一項重要內(nèi)容，通常采用的稀釋溶液是4%硝酸溶液，或者是9+2 硝酸溶液，在實際稀釋過程中，還需要根據(jù)樣品的實際情況，適當(dāng)加入考慮酸溶液，提高測定數(shù)據(jù)的真實性和可靠性。在稀釋過程中應(yīng)注意以下幾方面內(nèi)容：

（1）對于加入高氯酸溶液的量要進行有效控制，要注意其的氧化還原反應(yīng)。

（2）做好溫度控制。在稀釋過程中，稀釋溶液內(nèi)部的溫度不斷升高，溫度快速升高可能會導(dǎo)致一些不可控的影響，因此需要逐漸稀釋，對氧化還原反映的速率進行有效控制。

（3）合理添加輔助劑。為了使稀釋更加完全，需要添加輔助劑進行判斷。在稀釋過程中，溫度升高以后，會使氧化還原反應(yīng)更加明顯，此時通過試劑顏色可以對反映的程度進行判斷。若試劑顏色逐漸變成棕色或者黑色，需要加入適當(dāng)硝酸溶液來保障測定結(jié)果的準(zhǔn)確性。

2.3 金屬元素回收

原子吸收法在地質(zhì)實驗中的應(yīng)用，對于地質(zhì)金屬元素回收具有重要作用。檢測人員需要先采集少量樣品，約10g 左右，加入10g 硝酸溶液，按照實驗流程進行消化處理，通過原子吸收光譜進行測定，測定出金屬元素的種類和含量等，然后根據(jù)相關(guān)公式進行計算，確定具體的回收數(shù)據(jù)。

3 原子吸收光譜法在地質(zhì)實驗測試金屬檢測中的具體應(yīng)用

原子吸收光譜法主要包括原子火焰吸收法、石墨爐原子吸收法和氫化物發(fā)生法等三種，火焰原子吸收分光光度計中最常用的火焰是空氣-乙炔火焰，該方法的原理是利用空心陰極燈發(fā)出待測元素的特征譜線，被火焰原子化器產(chǎn)生的原子蒸氣對特定譜線的吸收作用來進行定量分析的一種分析手段。該儀器主要主要包括光源系統(tǒng)、原子化系統(tǒng)、分光系統(tǒng)、檢測系統(tǒng)和顯示系統(tǒng)等幾部分組成。下面對地質(zhì)樣品中的金、銀、銅、鉛、鋅等的火焰離子光度檢測方法進行了介紹。

3.1 地質(zhì)樣品中金含量測定

在地質(zhì)樣品中金含量的測定方法中，主要的檢測方法有活性炭富集碘量法、活性炭富集原子吸收發(fā)、點火試金法和泡沫塑料富集原子吸法等幾種，化學(xué)法原子吸收光譜法在大批量生產(chǎn)中具有比較大的優(yōu)勢，而在地質(zhì)實驗中，綜合考慮成本、時間等方面的因素，泡沫塑料富集原子吸收法更具優(yōu)勢，因此應(yīng)用更為廣泛，具體的實驗過程如下：首先，對試樣進行加工，然后稱取5g ～20g（0.0001g）樣品，若初檢時發(fā)現(xiàn)樣品中金含量較高，則在復(fù)測時可以適當(dāng)減少稱樣量；其次，將試樣放置到馬弗爐中，設(shè)置溫度為650℃，高溫灼燒50min，將樣品中的硫、碳等出去；樣品冷卻到室溫后，用王水溶解，然后再王水（1+9）介質(zhì)中用泡沫塑料富集金；最后，用硫脲水溶液解脫，火焰原子吸收光度計檢測，測定并計算出試樣中的金含量。

儀器參數(shù)設(shè)置如下：波長242.8nm；狹縫：0.4nm；燈電流3mA；燃燒器高度6mm；在上述實驗條件下，試驗中金的測量范圍可以達到0.1ug/g ～200ug/g，這個檢出范圍可以滿足絕大多數(shù)地質(zhì)巖礦樣品中金含量得檢測要求。在應(yīng)用這一方法進行檢測時需要注意，市面上的泡沫塑料對于金的吸附能力有比較大的差異，因此在選擇泡沫塑料時最好進行比對實驗，選擇回收率較好的塑料泡沫產(chǎn)品，降低實驗誤差。

3.2 巖石礦物樣品中銀含量的測定

地質(zhì)樣品中的銀含量的檢測方法主要包括分光光度法、發(fā)射光譜法和火焰原子吸收光譜法等幾種，其中以火焰原子吸收光譜法的應(yīng)用最為廣泛，尤其是在銀含量較低的樣品中，該方法具有重要應(yīng)用。具體的檢測過程如下：首先，對樣品進行加工，然后準(zhǔn)確稱取加工后的樣品0.2g ～1g，精確到（0.0001g），在樣品中加入硝酸分解，然后加入王水（1+4）介質(zhì)中，由空氣-乙炔火焰原子吸收分光光度計進行檢測并計算出相應(yīng)的含量。

儀器測定參數(shù)如下：波長328.1nm；狹縫：0.4nm；燈電流3mA；燃燒器高度6mm；通過該方法進行檢測可以對銀含量在1ug/g ～500ug/g 的樣品進行準(zhǔn)確的檢測，通過這樣的方式基本可以滿足大多數(shù)地質(zhì)巖礦樣品中銀含量的準(zhǔn)確檢測，若樣品中銀含量比較高則可以通過提高酸度、減少稱樣量等方式來進行檢測。在檢測過程中需要注意，在進行標(biāo)準(zhǔn)曲線的測繪之前，需要蒸餾水對毛細管進行多次沖洗，確保沖洗干凈，從而避免標(biāo)準(zhǔn)溶液被污染。

3.3 巖石礦物樣品中銅、鉛、鋅含量的測定

在地質(zhì)找礦工作中，銅、鉛、鋅三種元素是重點的檢測元素，經(jīng)常被檢測，而且在日常生活中這三種元素的應(yīng)用也都比較廣泛。對于巖石礦物樣品的監(jiān)測重，銅、鉛、鋅等的檢測測方法比較多，包括極譜法、容量法、原子吸收光譜法和電感耦合等離子發(fā)射光譜法等幾種，其中以原子吸收光譜法具有操作簡單方便、準(zhǔn)確性高和分析速度快等方面的優(yōu)點，使其地質(zhì)巖礦樣品中銅、鉛、鋅的檢測中具有廣泛的應(yīng)用，由于這三種元素在實驗測試中并不會發(fā)生相互干擾，因此可以采用一次性溶解的方式，實現(xiàn)對這三種元素含量的測定。具體的檢測方式如下：首先，對樣品進行加工，然后準(zhǔn)確稱取0.1g ～0.5g 樣品（精確到0.0001g），然后用鹽酸、硝酸溶液使樣品分解，并且制成鹽酸(1+19)溶液，上機，使用空氣-乙炔原子火焰吸收分光光度計進行銅、鉛、鋅三種元素吸光度的測定，并且計算出樣品中的含量：三種元素的檢測參數(shù)如下：

（1）銅：波長324.8nm；狹縫：0.4nm；燈電流3mA；燃燒器高度6mm。

（2）鉛：波長283.3nm；狹縫：0.4nm；燈電流3mA；燃燒器高度5mm。

（3）鋅：波長213.9nm；狹縫：0.4nm；燈電流3mA；燃燒器高度7mm。

在實際的檢測工作中，銅、鉛、鋅的檢測范圍分別是（0.001%～5%）、（0.005%～10%）和（0.001%～5%），檢測范圍可以滿足大部分巖石樣品中銅、鉛、鋅的檢測。若檢測樣品中鉛的含量比較高則需要通過提高試液酸度的方式來進行改進，完成檢測。

能滿足大部分地質(zhì)巖礦樣品銅、鉛、鋅含量的測定工作。當(dāng)試樣中鉛的含量較高時,應(yīng)適 當(dāng)?shù)奶岣咴囈旱乃岫取?/p>

3.4 注意事項

3.4.1 環(huán)境及設(shè)施條件

儀器室應(yīng)設(shè)置在沒有干擾的地方，在儀器室附近不應(yīng)有振動源，如大型車間廠房和火車道路等，工作臺面應(yīng)結(jié)實平整，不容易出現(xiàn)變形；室內(nèi)應(yīng)保持干凈、整潔，并且對室內(nèi)的溫濕度進行控制，室內(nèi)的溫度應(yīng)控制在10℃～30℃，濕度應(yīng)控制在70%以下，室內(nèi)應(yīng)安裝有溫濕度計對溫濕度進行實時控制，并安裝空調(diào)、除濕機等設(shè)備對溫濕度進行控制，從而確保儀器的光學(xué)系統(tǒng)和原子化系統(tǒng)能夠在合適的條件下工作，保證檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性；為了降低電壓電流波動以及突然停電等對儀器的影響，需要安裝UPS 穩(wěn)壓電源，提高電力供應(yīng)的穩(wěn)定性和可靠性；此外，需要對乙炔進行良好的控制，確保鋼瓶出口的壓力在0.05Mpa ～0.07Mpa 之間，乙炔的純度最好要等到分析純，要經(jīng)常對鋼瓶和線路進行漏氣檢查，若鋼瓶內(nèi)的乙炔氣體壓力小于0.5Mpa，需要更換氣瓶。

3.4.2 原子化系統(tǒng)

空氣-乙炔火焰原子化系統(tǒng)主要包括霧化器和燃燒頭兩部分，其中霧化器的作用是將試液霧化噴成微小均勻的霧滴，霧化效果對于檢測結(jié)果的穩(wěn)定性有比較大的影響；通常需要對裝機球的位置進行調(diào)節(jié)，從而使霧化器處于最佳狀態(tài)，調(diào)解時應(yīng)達到霧滴在裝機球一周均勻分布，在調(diào)節(jié)好之后，盡量保持不動。在長縫型燃燒頭的使用過程中，只要不堵塞就可以，若發(fā)現(xiàn)火焰成鋸齒狀，或者是有缺失，則需要進行清洗和疏通，確保其正常運行。當(dāng)有樣品吸光度值較大時，會導(dǎo)致測定結(jié)果準(zhǔn)確性降低，此時需要對樣品進行稀釋。在完成測試以后，關(guān)機之前，尤其是檢測高濃度試樣或者是高酸度樣品以后，需要用蒸餾水噴五分鐘以后再關(guān)機。

3.4.3 標(biāo)準(zhǔn)曲線

在進行標(biāo)準(zhǔn)缺陷的繪制時，最少要包括五個點，標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度應(yīng)基于日常工作經(jīng)驗來確定。樣品最低濃度樣品吸光值最好在樣品的第二個點，而最高濃度吸光度值則要低于最高濃度標(biāo)液的吸光度值。

4 結(jié)論

地質(zhì)行業(yè)對于我國經(jīng)濟的發(fā)展具有重要作用，地質(zhì)實驗測定工作是地質(zhì)行業(yè)中的一項重要內(nèi)容，需要提高重視，做好相關(guān)工作。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，原子吸收技術(shù)在地質(zhì)實驗測定行業(yè)中獲得了重要應(yīng)用，提高了地質(zhì)實驗測定的水平，可以對地質(zhì)樣品中金屬元素的含量進行更加精確的測量，從而對地質(zhì)開發(fā)提供數(shù)據(jù)支持。因此，應(yīng)加強地質(zhì)測定實驗中原子吸收技術(shù)的應(yīng)用研究，提高測定結(jié)果的準(zhǔn)確性，從而為我國地質(zhì)行業(yè)的發(fā)展提供更加精確的數(shù)據(jù)支持，推動我國地質(zhì)行業(yè)的發(fā)展。