高壓消解-電感耦合等離子體質譜(ICP-MS)法測定地質樣品中的鈮和鉭

胡 明 萬 兵 任志海 李樹強 王杰民

(1吉林省有色金屬地質勘查局六O八隊 實驗室，長春 130500；2吉林省第六地質調查所 實驗室，吉林 延吉133001；3吉林省第五地質調查所 實驗室，長春 130500)

高壓消解-電感耦合等離子體質譜(ICP-MS)法測定地質樣品中的鈮和鉭

胡 明1萬 兵2任志海3李樹強3王杰民3

(1吉林省有色金屬地質勘查局六O八隊 實驗室，長春 130500；2吉林省第六地質調查所 實驗室，吉林 延吉133001；3吉林省第五地質調查所 實驗室，長春 130500)

建立了運用硝酸-硫酸-氫氟酸體系高壓消解樣品，電感耦合等離子體質譜(ICP-MS)法測定地質樣品中鈮和鉭含量的方法。研究了樣品消解體系、樣品消解時間、溶液的介質、內標元素等對測定的影響。Nb的方法檢出限為0.027 μg/g，Ta的方法檢出限為0.015 μg/g。Nb測定的相對標準偏差(RSD)為3.3%；Ta測定的相對標準偏差(RSD)為2.5%。經標準物質驗證，分析結果令人滿意，可適用于大批量地質樣品中鈮和鉭的測定。

ICP-MS；鈮；鉭；地質樣品

0 前言

鈮和鉭在自然界中密切共生，它們的化學性質和物理性質有許多類似之處，因而常在同一礦物中出現。鈮和鉭具有強度高、耐腐蝕性、導熱、超導、單極導電和吸收氣體等特性，在導彈、火箭、核武器、電子技術、航空、原子能工業等領域有著重要用途，因而準確測定地質樣品中的鈮和鉭的含量有著重要意義。目前測定鈮和鉭的主要方法有電感耦合等離子體原子發射光譜法[1-4]、分光光度法[5-6]、電感耦合等離子體質譜法[7]和X射線熒光光譜法[8]等。上述方法大多是采用分離富集的方法進行檢測，流程較長，不適合大批量樣品的分析測定。利用電感耦合等離子體質譜(ICP-MS)法靈敏度高、檢出限低和抗干擾能力強等優點[9]，建立了用電感耦合等離子體質譜法同時測定地質樣品中鈮和鉭含量的方法。方法簡便、快捷,結果滿足分析測定要求。

1 實驗部分

1.1 儀器與設備

電感耦合等離子體質譜儀(美國賽默飛世爾科技公司)；防腐高壓消解罐和防腐烘箱(廣州濟科儀器科技有限公司)。

1.2 試劑與標準溶液

巖石成分分析標準物質(地質礦產部巖礦測試研究所)；鈮標準儲備溶液(1 000 μg/mL)和鉭標準儲備溶液(1 000 μg/mL)，均為國家有色金屬及電子材料分析測試中心產品；酒石酸(AR)、硫酸(GR)、硝酸(GR)、氫氟酸(GR)、鹽酸(GR)，均為西隴化工股份有限公司產品；純水，電阻率大于18 MΩ·cm去離子水。

1.3 分析方法

準確稱取0.10 g(精確至0.000 1 g)樣品于防腐高壓消解罐中，加入3 mL HNO3、5 mL HF、1 mL H2SO4(1+1)，蓋上蓋子，放于防腐烘箱中，從低溫升至120 ℃并保持1.5 h，取出，于控溫電熱板蒸至白煙冒盡，用酒石酸溶液(6%)轉移至50.0 mL容量瓶中，冷卻，稀釋至刻度后搖勻，待測。

2 結果與討論

2.1 消解時間的選擇

消解時間的長短影響消解的效果，時間過短，樣品消解不完全，導致測定結果偏低；過長，浪費時間和電力，導致分析效率降低，因此對消解時間進行優化是有必要的。選取了GBW07103、GBW07104、GBW07105、GBW0106、GBW0107、GBW0108等6個巖石成分分析標準物質，設定消解溫度為120 ℃，考察不同的消解時間對不同含量的鈮和鉭消解效果的影響。由表1和表2中可以看出，當消解時間為1.5 h時，測定結果與標準值相對誤差較小。故實驗選擇消解時間為1 h。

表1 消解時間對鈮測定的影響Table 1 Effects of dissolution time on Nb determination /(μg·g-1)

表2 消解時間對鉭測定的影響Table 2 Effects of dissolution time on Ta determination /(μg·g-1)

2.2 試樣的消解

含有鈮鉭地質樣品的消解方法有酸消解、酸性熔劑消解和堿性熔劑消解等方法，由于酸性熔劑消解和堿性熔劑消解會引入大量的鹽類，需采用分離富集方法來消除測定干擾。故實驗采用酸消解，通過大量實驗得出，硝酸-氫氟酸-硫酸為實驗選擇的最佳消解體系。

2.3 內標選擇

電感耦合等離子體質譜法在測定地質樣品中鈮和鉭時存在著基體干擾。因此選擇合適的內標元素來消除干擾是必要的。根據內標元素選取原則：被測元素與內標元素質量數要相近；被測元素與內標元素的電離能要相近；被測元素中不含內標元素或者所含內標元素量可以忽略不計。根據選取原則和表3實驗結果，綜合考慮后選取Rh作為內標元素,實驗結果令人滿意。

表3 待測元素和內標元素的質量數和電離能Table 3 Mass and ionization energy for the analyzed element and internal standard element

2.4 介質的選擇

Nb、Ta易水解，實驗通過加入酒石酸介質防止水解。分別移取1 mL鈮和鉭混合標準溶液(10.0 μg/mL)于5個25.0 mL容量瓶內，保持各自瓶中酒石酸體積分數為2%、4%、6%、8%、10%，實驗結果見表4。

由表4可知，實驗選取酒石酸體積分數為6%較適宜。

表4 不同介質對樣品測定的影響Table 4 Effects of different media on sample determination /(μg·g-1)

2.5 方法檢出限和精密度實驗

按照實驗方法制備一個空白溶液，進行11次平行測定，k值取3，計算分析方法的檢出限；對Nb和Ta混合標準溶液(100 ng/mL)進行11次平行測定，計算方法的相對標準偏差(RSD)見表5。

表5 檢出限和精密度

Table 5 Detection limit and precision/(μg·g-1)

元素ElementsNbTa檢出限Detectionlimit00270015測定限Determinationlimit00900050RSD/%3325

2.6 準確度實驗

選用土壤國家一級標準物質GBW07401至GBW07408系、國家一級標準物質GBW07301至GBW07308分析對照，結果見表6和表7。

經土壤和水系沉積物標準物質驗證，結果滿足“地質礦產實驗室測試質量管理規范”的要求。

表6 樣品中鈮的準確度實驗Table 6 Accuracy tests for Nb /(μg·g-1)

表7 樣品中鉭的準確度實驗Table 7 Accuracy tests for Ta /(μg·g-1)

3 結論

建立了高壓消解-電感耦合等離子體質譜法測定地質樣品中鈮和鉭的方法，經標準物質驗證，獲得了滿意的結果。

[1] 李韶梅,王國增,趙軍,等. 電感耦合等離子體原子發射光譜法測定鈮鐵中鈮和鉭[J].冶金分析(MetallurgicalAnalysis),2012,32(3):48-50.

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[8] 陳靜. X射線熒光光譜法測定地質樣品中鈮和鉭的探討[J].冶金分析(MetallurgicalAnalysis),2015,35(10):24-29.

[9] 馮先進,屈太原.電感耦合等離子體質譜法(ICP-MS)最新應用進展[J].中國無機分析化學(ChineseJournalofInorganicAnalyticalChemistry),2011,1(1):46-52.

Determination of Niobium and Tantalum in Mineral by High PressureDissolution-Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry

HU Ming1, WAN Bing2, REN Zhihai3, LI Shuqiang3, WANG Jiemin3

(1.JilinNonferrousMetalsGeologicalExplorationBureau608TeamLaboratory,Changchun,Jilin130500,China;2.SixthLaboratoryoftheGeologicalSurveyInstitute,Yanji,Jilin133001,China;3.FifthLaboratoryoftheGeologicalSurveyInstitute,Changchun,Jilin130500,China)

A methodfor the determination of niobium and tantalum contents in mineral by ICP-MS was established in this paper. The samples were dissolved in HF-HNO3-H2SO4solution using high pressure digestion system. Effects of sample dissolution system, dissolution time, solution medium and internal standard element on determination results were studied. The detection limit of Nb was 0.027 μg/g and the detection limit of Ta was 0.015 μg/g. The relative standard deviation (RSD) of Nb is 3.3%; the RSD of Ta is 2.5%.The analytical results of the standard materials were satisfactory, which indicated that this method can be applied to analyze niobium and tantalum in large batches of geological samples.

ICP-MS; Nb; Ta; geological sample

2016-02-21

2016-05-09

胡明，男，高級工程師，主要從事巖石礦物分析研究。E-mail:huming608@163.com

10.3969/j.issn.2095-1035.2016.03.008

O657.63；TH843

A

2095-1035(2016)03-0035-04