等離子體原子發射光譜法測定礦石樣品中鈮鉭的應用

鄭平英

摘 要：運用傳統的分析方法對礦石樣品中的鈮、鉭元素進行檢測將會受到較多元素的干擾，實驗操作難度較大，因此礦石樣品中鈮、鉭元素的檢測結果的準確度達不到實驗要求，且實驗時間較長。鈮、鉭元素的化學性質較為接近，因此對礦石樣品中的鈮、鉭進行檢測時可以先用微波消解對礦石進行加熱，然后將樣品加入到氫氟酸溶液中，再用酒石酸對溶液進行處理。

關鍵詞：微波消解 等離子發射光譜

中圖分類號：P575 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）09（a）-0073-02

本文通過利用電感耦合等離子體原子發射光譜儀對礦石樣品中的鈮、鉭進行檢測，通過實驗表明，該方法能夠對礦石樣品中的鈮、鉭含量做出準確的分析，得到的分析結果完全滿足實驗要求。

1 實驗部分

1.1 儀器的工作條件

型號為Plasma1000型的電感耦合等離子體原子發射光譜儀（北京納克）；Berghof微波消解儀（德國制造），利用微波消解儀對礦石樣品的加熱工作條件見表1。

1.2 試劑以及分析步驟

1.2.1 標準溶液的配制

濃度為100 μg/ml的Ta2O5和Nb2O5標準儲備液的配制。

分別準確稱取在110 ℃烘干過的高純Ta2O5和Nb2O5各0.0200 g于兩個鉑金坩堝中，將兩個鉑金坩堝放入700 ℃的馬弗爐加熱，直到坩堝中的試劑恒重后，停止加熱。然后分別向兩個坩堝中加入7.0 g左右的焦硫酸鉀，用小玻璃棒將試劑攪勻，然后將坩堝再次放入700 ℃的馬弗爐中，溶融15～20 min，取出冷卻，冷卻后的坩堝分別放入250 ml的燒杯中，向裝有Nb2O5的燒杯中加入近沸的50 g/L的酒石酸溶液100 ml，向裝有Ta2O5的燒杯中加入近沸的40g/L的酒石酸溶液100 ml，用玻璃棒對燒杯內的溶液進行充分攪拌，直到燒杯里的溶液完全溶解。冷卻溶液至室溫，將溶液分別轉移到兩個200 ml的容量瓶中進行定容，搖勻[1]。

1.2.2 分析步驟

準確稱取0.2000 g的礦石樣品，將樣品放入到108 ℃的烘箱內進行烘干，將烘干后的樣品放入到微波消解罐中，先向樣品中加入少量的水潤濕，然后再加入10 ml的氫氟酸，一切準備妥當后，將消解罐放進微波消解儀內，按照表1的加熱條件對樣品進行消解[1]。消解結束后，將取出的消解罐放入到冷水中，冷卻150 min左右，然后在通風處將消解罐打開，將溶解液移入到100 ml的聚四氟乙烯燒杯中，再用蒸餾水對消解罐進行清洗，清洗液也一并轉移到燒杯中[2]。將燒杯放到電熱板上進行蒸發，當溶液的體積約為0.5 ml時取下燒杯，停止蒸發。向燒杯中加入100 g/L的酒石酸溶液2 ml，然后蒸干溶液，再向燒杯中加入2 g/L的酒石酸溶液20 ml，加熱到燒杯中不再有固體存在，停止加熱，取下燒杯冷卻至室溫，然后將燒杯里的液體移到100 ml容量瓶中進行定容，搖勻[3]。

2 等離子體原子發射光譜法的測定

2.1 使用四酸分解法對樣品進行溶解

鈮、鉭離子半徑和原子半徑較為接近，具有相近的化學性質，因此兩種化學元素經常會在同一種天然礦石中出現。酸溶解和熔劑熔融是兩種常用的分解礦石中鈮、鉭元素的方法[4]。因為，利用熔劑在對礦石樣品進行熔融時會導致溶液中出現大量的鹽類雜質，為了降低溶液中鹽類雜質的含量就必須對溶液進行稀釋，對溶液進行稀釋可能會擴大分析的誤差。在室溫下用氫氟酸對礦石樣品進行溶解，不能完全分解帶有雜質的樣品，這樣會導致分析結果偏低。而用氫氟酸、鹽酸、硝酸、高氯酸的混合酸可以使礦石樣品中的鈮、鉭完全分解[6]。表2為用氫氟酸在室溫下對礦石樣品進行溶解和用氫氟酸、鹽酸、硝酸、高氯酸的混合酸對礦石樣品進行溶解的分析結果的對比數據。通過表中的數據我們可以看出用氫氟酸溶解樣品中鈮、鉭元素的分析結果偏低，而用氫氟酸、鹽酸、硝酸、高氯酸的混合酸溶解樣品，可以提高分析結果的準確度。

2.2 優化儀器參數

由于受等離子體和信噪比負載的穩定影響，選用的儀器的功率應當為1151 W；為了確保雜質對實驗結果形成的干擾較低，應當確保較小濃度的鹽進入到檢測樣品中，因此應適當的降低進樣速率，本實驗選用的進樣速率為0.0247 ml/s；為了使樣品能夠在等離子通道中停留足夠長的時間，應適當加強分析線，降低載氣壓力，本實驗將載氣壓力調到了25.0psi，為了確保等離子體的穩定以及對矩管進行有效的冷卻，實驗中選用的冷卻氣流量為0.25 L/s，輔助氣流量為0.017 L/s，因為引入等離子的樣品中還會有一定量的氟離子，因此在實驗過程中應當合理的降低樣品溶液在標準霧化系統中所停留的時間，一般情況下對實驗樣品的清洗時間應當為15 s。

2.3 消除干擾光譜

利用氫氟酸、鹽酸、硝酸、高氯酸的混合酸對礦石樣品進行處理，樣品中最常見的硅元素將會形成易揮發物質四氟化硅會完全揮發掉，而樣品中的鎂、鈣等元素也將會形成沉淀，通過過濾即可除去，不會對最終的光譜形成干擾。Ti2681480nm線對Ta2681517{125}nm線發射光譜右背景形成較為嚴重的干擾，樣品溶液中比較常見的鈉、鎂、鐵、鋁等金屬元素都不會對光譜產生明顯的干擾，因此實驗結果真實可靠。

2.4 選擇霧化系統

本實驗所用的樣品中將會含有少量的氟離子存在，通常情況應該選用耐氫氟酸霧化系統；但由于耐氫氟酸霧化系統的效率較低，極容易降低檢測鈮、鉭的精準度，因此綜合分析選用標準霧化系統更為合理。氟離子同玻璃中的硅元素會發生反應，生成具有粘合性的弱酸硅酸，減少了清洗時間，因此在試驗過程中應當將多余的塑料管剪掉，并且每測定完一個樣品后用蒸餾水對器皿進行2分鐘左右的清洗，盡可能的降低氟離子對整個系統的腐蝕。

2.5 校準曲線

以5 g/L的酒石酸溶液為介質配制濃度分別為2 μg/ml的Nb2O5溶液，4 μg/ml的 Ta2O5溶液。利用選定的儀器對溶液發生光譜，將以鈮、鉭原子發射光譜強度I作為坐標軸的縱坐標，以Nb2O5和Ta2O5溶液濃度作為坐標軸的橫坐標繪制標準曲線。

3 結語

利用等離子體原子發射光譜儀測定礦石樣品中的鈮、鉭元素含量，流程短，干擾元素少，造成的污染小，且檢測的準確率較高，能滿足現在地質行業的發展需求，同時隨著科技的發展，檢測技術也越來越成熟，具有較高的推廣價值。

參考文獻

[1] 張萍，姚明星，李賢珍.微波消解—電感耦合等離子體原子發射光譜法測定礦石樣品中鈮鉭[J].冶金分析2010，8（15）：139-139.

[2] 趙喜成.電感耦合等離子體原子發射光譜法在測定膠黏劑等化工產品中硼、錫、銅和鐵元素的應用[D].煙臺大學2013，3（30）：129-129.

[3] 倪文山.氧化鎂共沉淀-電感耦合等離子體原子發射光譜法測定礦石樣品中釷[J].冶金分析，2013，1（15）：30-30.

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[5] 鈦杜梅，許濤.電感耦合等離子體原子發射光譜法測定鈮精礦中鈮、錳、理化檢驗（化學分冊）[J].冶金分析，2014，3（18）：14-14.

[6] 張萍，孟亞蘭.萃取富集-電感耦合等離子體原子發射光譜法測定礦石中鎵[J].冶金分析，2010，4（9）：17-18.endprint