電感耦合等離子體原子發射光譜法(ICP-AES)測定紅土鎳礦中的Cd、Co、Cu、Mg、Mn、Ni、Pb、Zn、Ca 9種元素

何飛頂 李華昌 馮先進

(1桂林理工大學,廣西桂林 541004;2北京礦冶研究總院,北京 100044)

電感耦合等離子體原子發射光譜法(ICP-AES)測定紅土鎳礦中的Cd、Co、Cu、Mg、Mn、Ni、Pb、Zn、Ca 9種元素

何飛頂1李華昌2＊馮先進2

(1桂林理工大學,廣西桂林 541004;2北京礦冶研究總院,北京 100044)

提出了使用電感耦合等離子體-原子發射光譜法同時測定紅土鎳礦中Cd、Co、Cu、Mg、Mn、Ni、Pb、Zn、Ca的分析方法。采用鹽酸、硝酸和氫氟酸處理樣品,以鹽酸作為測定介質,在選定的儀器工作條件下直接測定。各元素的測定檢出限為0.0001～0.0033μg/mL,相對標準偏差(RSD,n=6)為0.15%～1.89%。對樣品進行加標回收試驗,回收率在91.4%～107.2%之間。經比對試驗證明,本法測定值與火焰原子吸收光譜法測定值一致。

紅土鎳礦;ICP-AES;多元素;同時測定

1 前言

鎳元素作為一種不銹鋼的主要合金元素主要來源于硫化鎳礦和氧化鎳礦[1]。在紅土礦市場交易過程中,礦石元素含量的確定顯得十分重要。對于礦石中的鎘、鈷、銅、鎂、錳、鎳、鉛、鋅、鈣等元素的測定,常見的分析方法有滴定分析法[2-3]、原子吸收光譜法[4-7]、分光光度法[8-9]、X-射線熒光光譜法[10]等,上述分析方法除X-射線熒光光譜法外,多以單元素測定為主,不能進行多元素的同時測定,且樣品的前處理過程比較繁瑣;X-射線熒光光譜法雖然也能夠對多元素進行分析,但它是一種相對的分析方法,其測定結果在很大程度上依賴于校準樣品的制備。電感耦合等離子體原子發射光譜(ICP-AES)法具有干擾少、線性范圍寬、工作效率高等優點,在礦石中的多元素檢測中有較為廣泛的應用[11-13]。本文采用ICP-A ES法測定了紅土鎳礦中的9種元素,其準確度和精密度都滿足要求。

2 實驗部分

2.1 儀器的工作條件

儀器采用IRIS Intrepid型全譜直讀等離子體發射光譜儀(美國熱電公司)。最佳儀器條件見表1。

表1 最佳儀器條件Table 1 The optimal instrument condition

2.2 試劑和標準溶液

標準儲備液:各元素標準溶液均采用光譜純的氧化物或金屬經酸溶解,配制成濃度為1.00 mg/mL的鹽酸(1+9)標準溶液。使用時,以鹽酸(1+19)稀釋,配制成所需濃度的標準溶液;

混合標準溶液:將標準儲備液用鹽酸(1+19)逐級稀釋,各元素按表2的濃度梯度進行配制;

鹽酸、硝酸和氫氟酸均為優級純;

試驗用水為二次蒸餾水;

樣品由鲅魚圈出入境檢驗檢疫局提供。

表2 標準溶液系列含量Table 2 The elemental concentrations for the series of standard Solutions μg·mL-1

2.3 實驗方法

準確稱取0.1 g樣品(精確至0.0001 g)置于200mL聚四氟乙烯燒杯中,加入3mL氫氟酸、15mL硝酸和5mL鹽酸,在電熱板上加熱至近干,然后加入5 mL鹽酸和適量的蒸餾水溶解鹽類。取下冷卻并移入100 mL容量瓶中,用蒸餾水稀釋至刻度并混勻。分取5 mL上述溶液至50 mL容量瓶中,以鹽酸(1+19)定容,待測。在儀器最佳測量條件下,將溶液引入儀器測量,以預設積分時間測定6次,取平均值,由工作曲線計算試樣的質量百分數。

3 結果與討論

3.1 分析譜線的選擇

首先選取靈敏度較高的譜線,用混合標準溶液在各分析線波長處依次掃描并做對照,觀察有無干擾峰,并記錄譜線信號和背景強度,比較同一元素幾條可選分析線的實驗結果,從中選定無干擾和信背比高的譜線作為分析線。通過試驗,本文選擇的元素分析線見表3。

表3 元素的分析譜線Table 3 Analytical spectral lines of the elemen ts

3.2 干擾實驗

在紅土鎳礦中鐵和鎂的含量波動范圍很大。我們分別做了10、20、30、40、50μg/mL鐵標準溶液和20、15、10、5、2μg/mL鎂標準溶液對1μg/mL待測元素的干擾情況,又試驗了鐵、鎂標準溶液依次混合對1μg/mL待測元素的干擾情況,結果表明在該含量范圍內鐵、鎂對待測元素基本無干擾。樣品中其它待測元素的含量均相對較低,待測元素之間的干擾較小,可以忽略。分別測定各待測標準溶液(5μg/mL)及混合標準工作溶液的譜線強度變化,試驗結果經t檢驗,說明各待測元素間基本無干擾。

3.3 酸度的影響

本文以鹽酸作為介質進行測定,試驗了體積分數分別為2%、5%、10%、15%、20%等鹽酸濃度對10μg/mL的Mg和5μg/mL的Ni、Mn、Ca、Pb、Co、Cu、Zn、Cd等待測元素的影響(見圖1),試驗表明鹽酸對各待測元素基本無影響。本文選擇以5%的鹽酸濃度作為上機待測溶液的介質。

圖1 鹽酸介質對待測元素的影響Figure 1.Effects of hydrochloric acid media on the determ ined elements.

3.4 方法的檢出限

通過譜線掃描選擇分析線,繪制校準曲線后,對樣品空白溶液連續測定11次,取3倍標準偏差所對應的濃度為各元素的檢出限,本方法測得的曲線方程和檢出限見表4。

表4 方法的曲線方程和檢出限Table 4 Curve equationsand detection lim its of themethod

3.5 加標回收率

按照實驗方法在樣品中加入適量分析元素,在確定的儀器工作條件下,進行加標回收實驗。實驗結果列于表5。其回收率在91.4%～107.2%之間。

表5 回收率試驗結果Table 5 The analytical results of recovery tests

3.6 精密度和比對實驗

對樣品進行精密度試驗,每個樣品連續測定6次,并與火焰原子吸收光譜法進行對照試驗。結果見表6。

表6 精密度和對照試驗Table 6 Precisions of themethod in the com parison test

4 結論

通過上述實驗,表明采用鹽酸、硝酸和氫氟酸溶解樣品后,利用電感耦合等離子體發射光譜(ICPA ES)法測定紅土鎳礦中的Cd、Co、Cu、Mg、Mn、Ni、Pb、Zn、Ca,不僅具有較高的靈敏度和較低的檢出限,而且方法簡單、快速、準確,能夠滿足紅土鎳礦的日常分析要求。

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Simultaneous Determ ination of Cd,Co,Cu,Mg, Mn,Ni,Pb,Zn and Ca in Laterite Nickel Ore by Inductively Coupled Plasma Atom ic Em ission Spectrometry(ICP-AES)

HE Feiding1,LIHuachang2＊,FENG Xianjin2

(1.Guilin University of Technology,Guilin541004,China;2.Beijing General Research Institute of Mining and Metallurgy,Beijing100044,China)

A new analytical method w as p roposed to sim ultaneously determine Cd,Co,Cu,Mg,Mn,Ni, Pb,Zn and Ca in laterite nickel ore by inductively coup led p lasma atomic emission spectrometry(ICPAES).The samp les were first treated by hydrochloric acid,nitric acid and hydrofluoric acid and then determined by ICP-AES under op timal instrument conditions with hydrochloric acid as the testing medium. The detection lim its for each element w ere 0.0001%～0.0033μg/mLand the relative standard deviations (RSD,n=6)were 0.15%～1.89%.The recoveries for testing the spiked samp les were between 91.4%～107.2%.The comparison test showed that the values determined by ICP-A ESw ere consistent with those by flame atomic absorp tion spectrometry.

laterite nickel o re;ICP-A ES;m ulti-elements;sim ultaneous determination

李華昌,男,博士,教授級高工,主要從事冶金分析、高效分離富集、標準化等研究。E-mail:li_hc@bgrimm.com

O657.31

A

2095-1035(2011)02-0039-03

10.3969/j.issn.2095-1035.2011.02.0006

2010-12-27

2011-03-17

何飛頂,男,在讀研究生。