lCP-AES法測定巖礦樣品中的17種金屬元素

賈 鵬，張 霞

（甘肅省有色地質勘查局天水礦產勘查院測試中心，甘肅 天水 741020）

近些年來隨著國家對于巖石、礦物研究重視程度增加，元素地球化學有了快速發展，通過分析巖礦中元素組成可以判定地層情況，能夠有效追蹤物源。ICP-AES法（電感耦合等離子體原子發射光譜法）具有較強的抗干擾性能以及較高的精度，具有較低的檢出限，所以在地質分析方面已經成為了非常重要的分析方式。通過ICP-AES法能夠有效測定巖礦中17種金屬元素，包括K、Na、Ca、Mg、Sr、Ba、Mn、Cu、Fe、Al、Ni、Li、Co、V、Zn、Ti、Cr等，在測定過程中可以快速消解巖石樣品，非常適合用于分析基體成分復雜的巖石礦物[1]。

1 ICP-AES法測定巖礦樣品金屬元素實驗內容分析

1.1 所用儀器的工作條件

儀器工作條件如表1所示。

表1 儀器工作條件

1.2 樣品的前處理分析

取適量典型的巖礦樣品將其粉碎，過100目尼龍篩之后選取一定量置于烘箱中，在105℃的條件下烘2小時～3小時，取出后放于干燥器中自然冷卻到室溫備用。實驗樣品的處理：稱取0.1g樣品放置于聚四氟乙烯燒杯中，先加入約1ml去離子水將樣品潤濕后緩慢加入10mL王水將樣品稀釋搖勻。之后向其中加入2mL氫氟酸并在130℃的環境中加熱約4小時，之后向其中加入約1mL高氯酸并升溫到200℃，在高氯酸冒出明顯的白煙之后向其中加入2mL硝酸溶液后持續進行加熱，樣品完全溶解之后停止加熱，冷卻之后將其移到10mL的比色管當中，之后加水將其稀釋到標線。另外，采用同樣的方式實施樣品空白試驗，用于后續結果分析。

2 試驗結果分析討論

2.1 儀器設備工作參數的設定

第一，分析線。相對于化學方式獲得的火焰來說，通過ICP光源可以獲得更高的溫度，同時具有較高的激發能量以及大量的發射譜線，所以各種金屬元素分析譜線多少都會受到相應干擾。因此一定要充分考慮到相應影響因素，包括響應信號、共存元素等等，所以要采用具有較好的峰形、較好干擾以及較高靈敏度的譜線當作測定元素當作分析線。

第二，射頻功率分析。從相應資料可知，絕大多數元素譜線強度都會隨著射頻功率的增加而上升，但是不同元素上升的幅度有所差異，如圖1所示。例如Ca、Co、Ni等元素激發相對困難，這些元素響應值會隨著功率增加而發生較大程度的上升，所以一定要充分考量到較大功率造成的干擾，所以可以設定射頻功率在750W～1300W范圍內。而K、Ca、Li等元素響應值隨著功率增加不會有較大變化，所以可采用較低的功率。

圖1 各種元素射頻功率和強度關系

第三，霧化氣流量分析。霧化氣流量的數值對于相關因素具有直接影響，包括：霧化氣提升量、霧化效率、霧滴粒徑、氣溶膠停留時間、中心通道溫度以及電子密度等等。為了確定不同元素和霧化氣流量的關系，可以將流量從0.2L/min逐漸調節到1.6L/min。得出的分析結果為：霧化氣流量在0.2L/min～0.4L/min的范圍內效率相對較低，測定的17種元素響應度不足，很難獲得有效的檢測效果。而霧化氣流量在0.6L/min～1.6L/min的范圍時各元素具有較好的響應。Co、Cu、Fe、Mg等元素比較難被激發，隨著霧化氣流量的增加氣溶膠的停留時間較短，從而造成霧化效率較低，所以響應強度出現先上升再下降的情況；而K、Li等相應元素響應強度會隨著霧化氣流量增加而增加。

表3 標準物質分析結果以及相對偏差值計算結果

2.2 酸度分析

對巖礦樣品完全消解后可以通過硝酸進行浸泡，可以通過體積分數在0-10%的硝酸測定各種金屬元素發射強度。所得結果可知，不同酸度對于響應信號影響不同，其中0%～10%的酸度范圍內不會影響到響應信號情況，而酸度＞30%情況下響應信號下降較為明顯。酸度情況會對試樣具有較大影響，酸度過大會造成溶液的粘度增加，不但會影響到霧化的效果，同時也會造成儀器設備的腐蝕；而酸度過小對于試樣的浸取是不利的，容易造成某些兩性元素水解沉淀，所以綜合考慮設定酸度為10%。

2.3 線性方程以及檢出限

為了進行有效的ICP分析，可以通過17種標準儲備液制備成為不同元素質量濃度系列化（包括：0、0.4μg/mL、2μg/mL、4μg/mL等）混合標準工作溶液，同時將其酸度調節到最佳情況（10%）。分析后通過不同元素質量濃度為橫坐標、響應強度為縱坐標建立相應的線性方程。同時在確保儀器設備處在最好條件下對于試劑空白溶液實施連續測定，同時以3倍標準偏差計算檢出限，所得相應結果如表2所示。

表2 相應系數及檢出限

Co Y=29640X+414.5 0.999952 0.15 Cu Y=1030000X+2554.7 0.999966 0.27 Fe Y=80260X+1882.2 0.999932 0.006 K Y=955X+6.2 0.999989 0.012 Li Y=37510X-12 0.999989 0.03 Mg Y=94510X+8103 0.999716 0.008 Mn Y=444400X+6619.5 0.999915 0.22 Na Y=5436X+165.6 0.999812 0.15 Ni Y=17860X+152 0.999988 0.15 Sr Y=194500X+1559 0.999992 0.04 V Y=62030X+751.8 0.999950 0.12 Zn Y=245300X+25973.3 0.999507 0.17 Ti Y=1965000X+14890.1 0.999996 0.09 Cr Y=306100X+11929.2 0.999968 0.05

2.4 方法精密度以及準確度分析

通過此種方式對于國家一級標準物質（主要包括GBW07106、GBW07107、GBW07108等）實施多次分析判定，在此基礎上對于檢測結果相對誤差以及標準偏差進行分析計算，能夠得出表3所示的結果。

從表3中能夠得知，測得的樣品中17種金屬元素相對標準偏差值都在5%以下，同時所測值以及標準值的相對誤差都在±16%范圍內。通過本文所述的消解體系完成巖礦樣品溶解并通過電感耦合等離子體原子發射光譜法測定巖礦樣品的17種金屬元素，所用的酸量相對較少，同時能夠快速獲得精確度較高的分析檢測結果。

3 結語

ICP-AES法具有較強的抗干擾性能以及較高的精度，具有較低的檢出限，所以在地質分析方面已經成為了非常重要的分析方式。本文主要闡述了ICP-AES法測定巖礦樣品17種金屬元素的相關內容，能夠對地質分析提供一定參考和幫助。