采用ICP-AES法同時測定鉛鋅礦中Ag、Cu、Pb和Zn的方法研究

周勇民

（安徽省六安市313地質隊實驗室，安徽 六安 237010）

鉛鋅礦為富含多種金屬元素的金屬礦種，其中尤其以銀（Ag）、銅（Cu）、鉛（Pb）和鋅（Zn）等元素的含量相對更多，而這些元素在冶金、化工以及醫療等多行業領域均有著十分重要和廣泛的應用[1]。因此，針對這些元素有必要掌握其快速而準確含量的測定方法。筆者設計了一套采用ICP-AES法同時測定鉛鋅礦中Ag、Cu、Pb和Zn四種元素含量的新方法，現將本方法具體的實驗性研究報道如下。

1 材料與方法

1.1 儀器及其參數

主要設備選用美國Thermo Fisher公司生產的全譜直讀等離子體發射光譜儀，其具體型號為ICAP 6300 Radial。其相關參數為：射頻功率為1150W，霧化器壓力為0.20MPa，輔助氣（Ar）流速為1.0L/min，蠕動泵轉速為30轉/min，長短波曝光時間分別為15s和5s，自動積分時間1～20s，高純度氬氣質量分數不低于99.99%。

1.2 標準溶液及試劑

Ag、Cu、Pb和Zn四種元素的標準溶液均由國家標準物質研究中心研制提供，其ρB=1.0000mg/mL；HCl、HNO3與 H2SO4均為分析純；離子交換水其電阻率不低于18MΩ·cm。

1.3 標準曲線

將Ag、Cu、Pb和Zn四種單元素的標準溶液進行逐級稀釋，最后組合配制成不同質量分數的混合標準溶液，同時備好空白對照溶液，所有溶液的介質均為體積分數為5%的HCl（以下均指體積分數），詳見表1。

表1 各濃度梯度下混合標準溶液中的四種元素濃度ρB/μg·mL-1

1.4 實驗方法

準確稱取樣品0.5000g置于100mL燒杯中，加入少量水對其潤濕并搖勻后，向其中加入15mL HCl，采用電熱板在150℃溫度條件下恒溫加熱30min后，依次加入 5mL HNO3與 2mL 50%的H2SO4，將溫度升高到180℃后直接恒溫蒸干，并直至H2SO4白煙全然冒盡，取下并放置冷卻后，加入20mL 50%的HCL并蓋上表面皿，再繼續用電熱板加熱并煮開1min即可取下并冷卻至常溫，然后直接采用去離子水將其轉移到100mL的容量瓶中，定容搖勻后再放置過夜，第二日取5.0mL其上清液置于25mL的比色管內，續加1mL HCl后用去離子水定容至刻度并搖勻，最后上機進行ICP-AES檢測。

2 結果與討論

2.1 樣品取樣量與溶液稀釋倍數的確定

根據工作經驗來看，平常所檢測的鉛鋅礦樣品中Pb與Zn的含量一般是比較高的，在改換成ICPAES進行樣品檢測時，照原法配樣其鹽分濃度自然會因過高而不適宜，主要的不利因素是很容易造成系統發生堵塞。基于此，本研究在試驗之初曾針對樣品的取樣量與溶液的稀釋倍數進行了反復實驗，通過實驗發現，樣品的取樣量在0.2000～0.5000g之間，而稀釋倍數為5～10倍時，既定需要檢測的4種元素其測試均能較好地滿足要求。如果降低稀釋倍數，進樣系統很容易因發生堵塞而影響到檢測的準確性；如果稀釋倍數過大，則又會因為元素的含量過低而達不到理想的靈敏度要求，其分析信號會顯著減弱，檢測結果會產生較大的誤差[2]。因此本研究將最終的樣品取樣量確定為0.5000g，同時將稀釋因子確定為1000。

2.2 溶液體積分數的確定

在本研究中，我們發現，HCl作為既定的測試液介質，在之前確定的標準曲線范圍內，當HCl的體積分數（φ）處于5%～10%的范圍時，4種檢測元素的測定結果均能較好地滿足要求，而當低于該最低值以及高于該最大值時，其檢測結果則相對應的偏低或偏高，故在此基礎上反復權衡后將HCl最終的溶液體積分數確定為6%，具體數據詳見表2。

表2 酸體積分數對4種元素檢測結果的影響

2.3 標準曲線濃度的確定

在滿足要求的基礎之上，同時兼顧操作便捷性、成本節約以及樣品的實際含量等多方面因素，本研究經多次試驗并校正，繼而對待測的4種元素分別建立了各自的標準曲線，除Ag外，Cu、Pb、Zn三種元素標準曲線的最低與最高濃度配制分別為10.0μg/mL與50.0μg/mL，而Ag則相應分別為1.0μg/mL與 5.0μg/mL，詳見表 1。

2.4 檢測波長與標準物質的標準化

參考本研究所使用儀器的說明，即可確定需檢測元素Ag、Cu、Pb和Zn的推薦檢測波長分別為328.0 nm、324.7 nm、220.3 nm與213.8nm。采用國家一級標準物質GBW（E）070078為高點進行標準化，其溶液中以上元素的對應濃度分別為0.353μg/mL、0.96μg/mL、29.50μg/mL與5.20μg/mL。基于本研究所應用的標準與樣品為同類型，故可以不考慮背景扣除或譜線的干擾校正等，在上述基礎上，一并采用幾個其它國家的標準物質作為實驗監控樣品，其總體方法簡單快捷，特別適用于大批量樣品的分析。

2.5 內標元素的選用及對檢測的影響

內標法是一種根據檢測波長的相對強度與被檢測元素的含量關系來實施定量分析的一種方法[3]，在內標元素加入后，即使在實驗條件產生波動的情況下，其譜線的相對強度也隨之產生變化，從而消除波動對測量結果的影響。在本方法中我們選擇Co元素作為內標元素，測量時，將其加入到所有的樣品與標準溶液當中，其中內標元素的使用濃度為20μg/mL，檢測波長為 228.6nm，對 GBW（E）070079進行連續6次測定，同時比較使用與不使用Co內標元素下的檢測結果，結果顯示有內標元素存在的情況下其結果顯著優于不使用內標元素的檢測結果，詳見表3。

表3 使用與不使用內標元素的檢測結果比較[Co的測定單位為Cts/S（光譜強度單位）]

2.6 檢出限考察

在最佳的儀器工作條件下，對空白溶液進行連續4次測定，考慮總稀釋因子1000，以3倍標準偏差（3s）計算檢出限（LD），結果詳見表 4。

表4 本研究方法檢出限的考察結果

2.7 精密度實驗

表5 檢測方法的精密度實驗結果

采用GBW（E）070077按本法對樣品檢測5次，根據5次檢測所得到的4種元素的含量值，計算出相對標準偏差（RSD），結果顯示所測元素的RSD均在1.38%～7.28%的范圍，均完全滿足分析測試要求，詳見表5。

2.8 準確度實驗

分別對3種國家標準物質分別進行既定4種元素的含量測定，每種同法測定3次計算平均值，結果顯示與標準值吻合度較高，提示本法準確度佳，詳見表6。

表6 檢測方法的準確度實驗結果

3 結論

經上述實驗過程可以確定，采用ICP-AES同時進行鉛鋅礦中Ag、Cu、Pb和Zn四種元素含量的測定，具有操作簡便、分析較快以及分析人員工作量顯著減少等諸多優點，特別適用于大批量樣品的含量分析。同時，由于在本實驗方法中我們不僅科學地確定了溶液稀釋因子以及pH值等具體檢測條件，而且還采用了加Co內標法進行譜線相對強度分析，較好地降低了在實驗測試條件下波動因素對測量結果產生的不良影響，從而使測量結果的準確度與可重復性得到很好的保障。

［1］GB/T 14353.3-93，銅礦石、鉛礦石和鋅礦石化學分析方法[S].

［2］徐進力，邢夏，張勤.電感耦合等離子體發射光譜法直接測定銅礦石中銀銅鉛鋅[J].巖礦測試，2010，29（4）：377-382.

［3］張晶.王水溶礦-電感耦合等離子體發射光譜法同時測定銅鉛鋅礦石中的銅鉛鋅元素[J].化工礦產地質，2013，35（2）：111-124.