ICP測定多金屬礦樣品中銅、鉛、鋅、鎢、鉬、鈷、鎳等7種元素

李慧邦

西藏玉龍銅業(yè)股份有限公司，西藏昌都 856000

對于多金屬礦中不同金屬元素的測定方法眾多，早期由于科學技術與儀器設備精度的限制而廣泛使用的測定方法包括分光光度法、原子吸收法等，雖然上述測定方法在原理上有所不同，但是其在具體的分析與測定過程中通常需要很長的周期來完成復雜度較高的測定實驗，同時這些方法在多元素同時測定方面具有很大的局限性，因此，近年來隨著電感耦合等離子發(fā)射光譜法 （ICP） 等新型測定技術的推出而逐漸淡出金屬元素測定領域。ICP在多金屬礦中多種金屬元素同時測量等領域具有顯著的優(yōu)越性，其測定準確度較高、靈敏度較好，能夠非常敏感地檢測出多金屬礦中的金屬含量，在礦產資源調查與綜合評價中廣泛應用。

1 實驗材料與實驗方法

電感耦合等離子發(fā)射光譜法的工作原理為：高頻電流經感應線圈產生高頻電磁場，使工作氣體 （Ar） 電離形成火焰狀放電高溫等離子體，等離子體的最高溫度10000K。試樣溶液通過進樣毛細管經蠕動泵作用進入霧化器霧化形成氣溶膠，由載氣引入高溫等離子體，進行蒸發(fā)、原子化、激發(fā)、電離，并產生輻射，光源經過采光管進入狹縫、反光鏡、棱鏡、中階梯光柵、準直鏡形成二維光譜，譜線以光斑形式落在540×540個像素的CID檢測器上，每個光斑覆蓋幾個像素，光譜儀通過測量落在像素上的光量子數來測量元素濃度，然后光量子數信號通過電路轉換為數字信號通過電腦顯示和打印機打印出結果。基于上述工作原理，本文以四酸溶礦分解試樣，然后運用ICP方法以及電感耦合等離子發(fā)射光譜儀對試樣中的不同金屬進行測定。

1.1 實驗材料與實驗設備

本次實驗所需的材料包括溶液、標準儲備液、高純水、消化用試劑，所需的儀器設備為電感耦合等離子發(fā)射光譜儀。高純水作為實驗過程的常用水，溶液可以采用國家的標準溶液，標準儲備液由銅、鉛、鋅、鎢、鉬、鈷、鎳等7種元素構成，標準儲備液的濃度為1mg/mL，電感耦合等離子發(fā)射光譜儀選擇美國熱電電感耦合等離子體光譜儀iCAP 6300，iCAP 6300設計緊湊、運行成本低，更容易操作，可以滿足是當今很多實驗室對儀器的關鍵要求。iCAP 6300采用最先進的計算機輔助設計和軟件模擬技術使工程師開發(fā)出了獨特革命性的超時代儀器，其體積小而性能極高，先進的設計保證其優(yōu)異的穩(wěn)定性和靈敏度，是常規(guī)分析的最佳選擇，而同時也具有分析的靈活性，可以有效地應對各種分析要求的變化和條件的變化。iCAP 6300電感耦合等離子發(fā)射光譜儀的工作參數如表1所示。

1.2 試樣預處理

在運用電感耦合等離子發(fā)射光譜儀對試樣中的多種金屬進行測定時，首先，需要對試樣進行預處理操作，處理流程如下：首先稱取0.1g的樣本并將其放置到聚四氟乙烯燒杯容器中，然后向燒杯中添加5mL的鹽酸與2ml的硝酸，將整個燒杯放置到控溫電熱板上，啟動電熱板對燒杯進行加熱，其加熱溫度控制為110℃并加熱1h；接著向燒杯中添加20mL的氫氟酸以及1mL的高氯酸，繼續(xù)用控溫電熱板對燒杯加熱，溫度仍然控制在110℃，加溫時長延長至2h，然后調節(jié)電熱板使其溫度不斷上升，在溫度到達130℃時持續(xù)加熱約2h，繼續(xù)調節(jié)電熱板使其升溫，直到電熱板的溫度達到180℃左右則停止加熱，以徹底清除出燒杯中的高氯酸。待整個燒杯冷卻下來后需要向燒杯中注入5mL的王水以及少量的高純水，再次運用控溫電熱板對燒杯進行加熱，使得燒杯中的所有物質全部溶解后關閉電熱板，自然環(huán)境下待其冷卻，然后將溶解后的物質進行過濾，并加水對其稀釋使得水與過濾物的總容量達到100mL，對稀釋溶液進行攪拌使得其濃度均衡，此時試樣處理完成。此外，按照同樣的條件配置試劑空白，處理加標溶液，用于后期測定回收率，詳細步驟此處不再贅述。

2 ICP實驗結果分析

2.1 試樣測試結果

運用電感耦合等離子發(fā)射光譜儀對試樣進行多金屬測定，儀器測定的輸出結果發(fā)現，每種金屬元素的分析譜線多達數十條，對于同一種金屬元素，采用不同的譜線對其加以測定與分析，由于同一金屬元素的譜線之間以及不同金屬元素的譜線之間存在干擾性，導致最終測定的結果存在較大的差異。針對這一問題，本實驗首先對同一種金屬元素的多條譜線形狀進行分析，輔之以譜線的強度、背景強度、信噪比等作為參考依據，最終擇定的每種金屬元素的最佳譜線波長分別為：銅324.754nm、鉛220.353nm、鋅206.2nm、鎢239.709nm、鉬202.03nm、鈷227.616nm、鎳231.604nm。優(yōu)化后的實驗條件下，多金屬礦標準樣本總共有3個，分別對其含量進行測定，測定結果如下：1號樣本中銅、鉛、鋅、鎢、鉬、鈷、鎳7種金屬元素的含量分別為1.34%、0.033%、0.18%、0.0064%、0.065%、0.16%、1.53%；2號樣本的金屬含量分別為0.71%、0.072%、0.093%、0.065%、0.045%、0.28%、1.06%；3號樣本的金屬含量分別為0.2%、1.25%、2.5%、0.0014%、0.025%、0.0068%、0.00094%。

2.2 回收實驗結果

從上述的3個樣本中隨機抽取兩個樣本 （1號樣本與2號樣本），每個樣本稱取兩份，一份中加入標準溶液，另一份中不添加任何其他的溶液試劑，將兩份樣本按照相同的實驗環(huán)境以及相同的實驗步驟進行處理與含量測定，計算金屬回收率，以1號樣本為例，其加入標準溶液后的銅、鉛、鋅、鎢、鉬、鈷、鎳7種金屬元素的回收率分別為98.5%、98.7%、97.3%、98.6%、98.2%、97.9%，實驗結果表明本次實驗中所擇定的銅、鉛、鋅、鎢、鉬、鈷、鎳7種金屬元素的譜線均可以有效避免同一元素以及元素之間的光譜干擾性，可以作為金屬元素分析譜線。在回收實驗中，為了減少或者消除光譜干擾、化學干擾等多種干擾。值得注意的是，由于等離子體的溫度相對較高，因此，在對多金屬進行ICP分析與測定時化學干擾相對較少，主要的干擾包括因表面粘度與張力而導致霧化器提升效率的差異進而誘發(fā)的物理干擾以及多種金屬元素之間的光譜干擾；本次試驗采用基體匹配法對物理干擾現象進行消除，采用回收實驗判定最佳分析譜線，并通過改變擇定的波長以及對樣品的濃度進行稀釋來降低或消除光譜干擾問題。

2.3 檢出限與精密度

本實驗采用配置好的空白溶液以及兩個混合標準溶液繪制校準曲線，以三倍標準差計算方法檢出限，銅、鉛、鋅、鎢、鉬、鈷、鎳7種金屬元素的檢出限分別為0.0018、0.0015、0.0023、0.0053、0.0061、0.0045、0.0048。為驗證本次實驗的精度，對用一個多金屬礦樣本進行連續(xù)重復測定，多次重復實驗后計算不同次實驗的結果偏差，銅、鉛、鋅、鎢、鉬、鈷、鎳7種金屬元素的測定精密度分別為0.61%、0.73%、0.66%、1.86%、1.97%、2.12%、2.75%，計算結果表明，運用ICP方法可以精準測定多金屬礦中銅、鉛、鋅、鎢、鉬、鈷、鎳等七種金屬的含量。

3 結語

本文運用ICP方法以及電感耦合等離子發(fā)射光譜儀對不同組多金屬礦中的金屬元素進行測定，通過對其測定結果進行精度分析，驗證ICP測定方法在同時測定多金屬元素方面的有效性，實驗結果表明運用ICP方法可以精準測定多金屬礦中銅、鉛、鋅、鎢、鉬、鈷、鎳等七種金屬的含量，具有操作方便簡單的特性。