等離子光譜法測定巖石中微量元素的相關研究

盛曉波

(華東冶金地質勘查局中心實驗室，安徽 合肥 230088)

一、等離子光譜法概述

電感耦合等離子體離子發射光譜(ICP-MS)法是一種檢測線光譜的方法，其中MS是由激發態的電子通過去激發過程產生的線光譜組成的。電子得到激發后，便成為了活躍性的激發態，其去激發的過程，也就是由激發態向低激發態或者基態躍遷的過程中會發射出譜線。對于每一個元素而言，線光譜都具有唯一性。因此，分析者利用色散系統對光譜進行色散處理，然后選定一個具體的分析線，就可以對這一色譜進行定性和定量的分析。

二、實驗部分

1、儀器和試劑

儀器：Prodigy型全譜直讀電感耦合等離子體原子發射光譜儀；CID檢測器。

工作條件：功率1.1 kW，冷卻氣(Ar)流量20 L/rain，輔助氣流量0.2 L/min，霧化氣壓力0.2 MPa，溶液提升量1.2 mL/min；觀測方式為水平觀測，積分時間20 s。

測定工作使用的電子天平CP225D：量程0 g～220 g，最小分度值0.00001 g。

測量使用的試劑：硝酸、高氯酸、氫氟酸和鹽酸均為優級純；實驗用水為經Milli-Q純化水處理系統處理過的超純水，氬氣純度大于99.9%。

實驗采用的是國家一級的標準物質：銅礦石、鉛礦石、鋅礦石、花崗巖、多金屬礦石等。

等離子體光譜測定的各校準元素標準溶液的濃度及其組合見表1。

表1. 各元素校準標準溶液濃度及組合方式

2、樣品分解

選取粒子直徑小于74um的巖石樣本，置于105℃烘箱中烘烤3h，取出后置于干燥容器內冷卻至室溫，準確稱取0.12500 g巖石樣品，放于50mL的聚四氟乙烯燒杯內，向燒杯中加入5mL鹽酸、2.5mL硝酸，加熱至巖石樣品完全溶解，隨后加入5mL氫氟酸、0.5mL高氯酸，將燒杯置于電熱板上加熱分解，蒸發至燒杯中的白煙冒盡，取下，用少量的蒸餾水沖洗燒杯內壁，加入2mL濃鹽酸，微熱溶解樣品溶液中的鹽類，取下冷卻，移入25mL容量瓶中，加水稀釋至刻度線處，搖勻。

三、結果與討論

1、樣品測定條件

本次實驗中樣品的溶解溫度設定為180℃，根據各種巖石的特點，選擇不同的溶樣時間，以促進樣品的完全溶解。對于本次實驗中選取的巖石來說，在180℃的條件下溶樣24-40h就可以使巖石樣本完全溶解。花崗巖中含有較多的難溶的礦物成分，因此其溶樣時間較長，通常需要40h左右才可以完全溶解，而一般的鉛礦石和鋅礦石較易溶解，一般在24h左右就可以完全溶解。

2、方法的準確度與精密度

根據樣品的分析步驟同步操作以上各巖石，利用ICP-MS進行測定，其標準偏差見表3，統計的數據結果顯示，其精密度（RSD）和準確度（RE）都在10%的范圍內，大多數的元素精密度和準確度在5%范圍內。

3、微量元素的不確定度評定

3.1 樣品稱量過程中產生的不確定度

3.1.1 天平校準產生的不確定度

由天平的檢定可以得知，在天平0-5g的量程范圍內，天平允許的誤差是±0.01 mg，由矩形分布的規律可知，，天平校準產生的不確定度為：

3.1.2 重復稱量的不確定度

為了獲得較為可靠的重復性稱量的不確定度，在電子天平上稱取0.12500g的試樣，同時進行10次的重復稱量，計算得出的質量平均值為0.12503g，通過貝塞爾公式可以計算出標準偏差：

對同一試樣進行反復測量而導致的不確定度為：

3.1.3 稱量的合成標準不確定度

將上述兩方面得到的兩項標準偏差進行合成，可以得出稱量的合成標準不確定度為：

稱量的試樣質量為0.12500g，所以相對的標準不確定度為：

3.2 濃度測量過程中產生的不確定度

3.2.1 標準溶液的不確定度

（1）標準儲備液的不確定度

在多元素的混合標準溶液（ρ1=1000ug/mL）中，這一溶液濃度的允許差值為±0.5%，依照矩形分布評定，可以計算出標準儲備液的不確定度為：

進一步得出其相對不確定度為：

（2）標準溶液稀釋配制過程中引起的不確定度

3.2.2 重復性實驗產生的不確定度

為了較為準確地得到重復性測量的不準確度，對樣品溶液可以進行5~10次的重復測量，通過測量巖石中各元素含量的平均值，并計算其標準偏差和相對標準不確定度，就可以計算出由重復性實驗而導致的不確定度。

3.3 合成不確定度

表2 各組分不確定度分量及結果的表達

結語

本文采用混合酸的方法分解巖石樣品，并利用等離子光譜法測定巖石中各微量元素的相對含量，這一方法簡單快速，能夠同時測定多個元素，并且，在此次測定的元素中，大多數的元素精密度和準確度保持在5%的范圍內，結果準確可靠，且分析出了實驗中各元素的不確定度，為今后巖石中各元素的測定和分析提供了一定的依據和參考。

[1]楊曉紅,張林群,周愛東，等.等離子光譜法測定巖石中微量元素的不確定度評定[J].南京師大學報.2011（3）：69-73.

[2]楊春茹,康俊,高建文，等.電感耦合等離子體質譜法測定煤中多種微量元素[J].煤質技術.2013（4）：1-4.