ICP-AES同時測定鐵礦石中鉛、砷、鋅、銅、鉀*

王 偉，王 瑩，潘春秀，楊 晴

(1 合肥海關，安徽 合肥 230071；2 安徽工業大學，安徽 馬鞍山 243000)

鐵礦石作為鋼鐵行業冶煉鋼材的重要基礎原料，需求量不斷增長，對鐵礦石中有害元素的含量進行分析需求也不斷增加，建立礦產品中有害元素快速的檢測方法極其重要的[1-2]。電感耦合等離子體發射光譜法(ICP-AES)是一種快速測定多種元素的方法，近年來已被廣泛應用鐵礦石中有害元素的測定[3-4]。目前常用的鐵礦石樣品處理方式有酸溶[2-4]和堿熔[5-7]，酸溶處理中包括硝酸、鹽酸、硫酸、高氯酸以及氫氟酸的使用，通過混合酸加熱或微波輔助消解后進行儀器分析，通常操作比較繁瑣，樣品分析時對儀器腐蝕嚴重，硫酸、高氯酸等使用對某些元素的測定干擾較大。堿熔的熔樣方法較多，有碳酸鈉-硼酸、碳酸鈉-過氧化鈉、碳酸鈉-硼砂、過氧化鈉、氫氧化鈉、氫氧化鉀、碳酸鋰-四硼酸鋰等[5-7]。國家標準方法中采用的就是堿熔-ICP-AES測定鐵礦石中的鋁、鈣、鎂、錳、磷、硅和鈦含量[2]。本文通過試驗發現采用碳酸鈉-四硼酸鈉混合堿溶后ICP-AES可同時測定鐵礦石中的鉛、砷、鋅、銅、鉀含量，并對儀器的工作條件、實驗基體、共存離子、精密度、檢出限、加標回收率進行了討論，選取了來自不同鐵礦石標準樣品和生產樣品進行了實樣分析，結果滿意。

1 實 驗

1.1 主要儀器和試劑

ICAP 6300電感耦合等離子體發射光譜儀，美國賽默飛世爾科技公司；鉛、砷、鋅、銅和鉀元素均為單元素標準溶液，1000 μg/mL；實驗試劑均為分析純，實驗用水為二次離子交換水。

1.2 儀器工作條件

電感耦合等離子體發射光譜儀工作條件如表1所示。

表1 儀器工作條件

1.3 實驗方法

1.3.1 試樣制備

預置0.8 g碳酸鈉于鉑坩堝中，準確稱取0.5 g(精確至0.0001 g)預干燥試樣置于坩堝中，用鉑絲充分混勻。加入0.4 g四硼酸鈉，用鉑絲再次混勻，于800～900 ℃的高溫爐中預熔混合物使之均勻。預熔后，將坩堝放入1020 ℃的高溫爐中熔融15 min。取出坩堝，輕輕轉動坩堝。冷卻，將坩堝置于250 mL低壁燒杯中，加入40 mL鹽酸(1+1)，30 mL水，于坩堝中加入攪拌磁子，蓋上表面皿，在磁攪拌器-電熱板加熱并攪拌，至熔融物完全溶解。浸取溫度保持在70 ℃左右。取出坩堝和攪拌磁子，用水沖洗干凈，溶液冷卻后定量轉移至250 mL容量瓶中，用水稀釋至刻度，搖勻，待測。

1.3.2 分析譜線的選擇

根據不同分析譜線的吸收強度和成峰效果，最終選定待測各元素分析譜線見表2。

表2 各元素的分析譜線

1.3.3 標準曲線

準確稱取5份0.5 g預干燥的高純氧化鐵按照樣品溶解方法1.3.1，溶解后加入適量的逐級稀釋的單元素標準溶液，得到6個混合標準溶液系列，此混合標準系列中鉛、砷、鋅、銅和鉀濃度分別為0，0.2，0.5，1.0，2.0，5.0 μg/mL，在儀器上進行光譜測定，以凈強度為Y軸，分析元素濃度為X軸作線性回歸，計算相關系數，相關系數大于0.999。

2 結果與討論

2.1 儀器工作條件的選擇

試驗了不同的霧化器壓力(0.14～0.28 MPa)，RF發生器功率(950～1350 W)，輔助氣流量(0.5～1.5 L/min)和分析泵速(25～125 rpm)條件下，試液中鉛、砷、鋅、銅和鉀含量測試結果的影響和多次測定的穩定性，結果表明優化后的儀器工作條件見表1。

2.2 酸介質及濃度的選擇

溶液的酸度種類影響待測金屬元素譜線的吸收。本文實驗了樣品熔融后采用不同濃度的鹽酸和硝酸浸取，鹽酸的效果較好，故選取鹽酸作為酸介質。并試驗了不同濃度的鹽酸浸取對測定的影響，結果表明，較小酸度范圍內隨著酸度增大，吸收強度有所增大，5%～8%的鹽酸含量各元素吸收強度整體較穩定，本文選擇用40 mL鹽酸(1+1)浸取。

2.3 干擾實驗

鐵礦石中主要干擾元素有鐵、硅、磷、鋁、鈦、鈣、鎂、錳等。鐵基體干擾通過基體匹配能有效消除影響。而硅、鈣、鎂、鋁等元素對待測元素分析的干擾，首先通過試驗選擇背景低、信背比高、干擾小的譜線為分析用譜線。在表2選擇的分析譜線條件下，結合鐵礦石及其產品中主要干擾元素的含量，通過在待測元素標準溶液中加入不同倍數濃度的干擾元素，測定加入前后光的強度，通過實驗并計算表明，硅、鈣、鎂和鋁等元素在表2所列的分析譜線對鉛、砷、鋅、銅和鉀的測定基本無影響。

2.4 方法檢出限

在優化后的測定條件下，重復測定標準系列中的空白溶液11次，取其3倍標準偏差所對應的濃度為各元素檢出限，測定結果見表3。

表3 檢出限(ng/mL)

2.5 精密度實驗

選取三種不同的鐵礦石標準樣品和一個球團礦樣品，按照本法進行不同批次測定10次，結果見表4。由表4可知，平行測定結果之間的相對標準偏差小于7%，該法精密度較高。

表4 精密度試驗(n=10)

2.6 準確度試驗

選取了10種不同種類鐵礦石標準物質(包括鐵礦石、燒結礦、球團礦、赤鐵礦等)進行測定，測定結果見表5，測定值和標準值之間的相對誤差見圖1。由圖1可知，各元素測定結果的相對誤差在-10%到+10%之間，誤差分布合理。該方法分析鐵礦石、燒結礦、球團礦、赤鐵礦等樣品中的鋅、鉛、砷、銅和鉀含量，測定結果均滿足允許的誤差要求。

表5 準確度實驗(w/%)

圖1 測定值與標準值的相對誤差

2.7 回收實驗

表6 回收率實驗

進一步采用本法對球團礦生產樣品各元素進行了回收率試驗，結果見表6。各元素回收率在91.2%～115.6%之間。

3 結 論

采用碳酸鈉-四硼酸鈉熔融鐵礦石樣品，ICP-AES測定鉛、砷、鋅、銅、鉀等有害元素含量，可以避免設備的腐蝕和損害，該法與GB/T 6730.63一起使用，可同時測定硅、磷、鋁、鈦、鈣、鎂、錳、鉛、砷、鋅、銅和鉀等12種元素，提高了分析速度。方法的精密度和準確度均符合國家標準要求，滿足大宗商品快速檢驗的需要。