ICP-AES在多金屬礦物金屬元素檢測中的應用研究

曾豪杰，祝建國，陳世炎，劉 宇

（1.國土資源部蘭州礦產資源監督檢測中心，甘肅 蘭州 730050；2.中國農業科學院蘭州畜牧與獸藥研究所/農業農村部獸用藥物創制重點實驗室/甘肅省新獸藥工程重點實驗室，甘肅 蘭州 730050）

人類經濟不斷發展的時代背景下，金屬元素的使用越來越廣泛。金屬產品在方便了人類的各方面生活之外，還提高了生活品質。科學技術的快速發展，使得被檢測出來以供使用的金屬元素數量不斷增加，并且將這些元素應用于生活和軍事、醫療各方面。

在人們的日常生活中，金屬元素處于無法取代的地位，是構建人們高質量生活的基礎。在多金屬礦物中，所包含的金屬元素數量繁多。每一種元素被檢測出來后，除了其本身的應用價值以外，將多金屬礦物中樣品成分檢測清楚，有利于之后礦石的開采工作。電感耦合等離子體質譜法，也就是ICP-AES，這種方法在金屬元素檢測中被提出來。如何基于ICP-AES在多金屬礦物中檢測出金屬元素成為熱點問題。本文以ICP-AES技術分析為技術，提出該技術在金屬元素檢測中的應用分析。并經過實驗，論證了該方法的良好效果。

1 ICP-AES技術分析

ICP測試儀強調的重點是，成正比例關系的光譜與信號強度。所謂的原子發射光譜，其形成是價電子發揮的作用，先進行激發躍遷，然后再從高降低能態，這個過程中會產生光譜，其釋放形式是輻射形式。通過ICP–AES技術可以進行的分析包括定性、半定量、定量分析。ICP-AES強大的定量功能在樣本元素分析中運用得非常廣泛，其技術涉及能源、納米、生物等多個方面。與傳統的金屬元素分析方法相比，ICP–AES技術的發展，在檢測中的應用具有更好的效果。

2 基于ICP-AES的多金屬礦物金屬元素檢測方法

在金屬元素檢測中，以ICP-AES為基礎的檢測方法改變了傳統的檢測步驟。首先，選擇合適的機器構成ICPAES儀器，然后進行多金屬礦物樣本的提前處理，以及處理后的ICP-AES分析，并且提出校正方法應對分析過程中的各方面干擾。

2.1 ICP-AES儀器裝置

ICP-AES儀器的構成，其組成部分主要包括樣品導入系統、檢測器、多色器、RF發生器四個方面。如圖1所示。在ICP-AES儀器組成中，高頻發生器處于重要地位。離子體所需能量皆是由他提供，因此，這部分的穩定性要求極高，同時還要具有抗外界干擾的功能。其他的每個組成部分中還有許多小部分組成。例如：樣品導入系統中包括蠕動泵、霧化器和霧化室、炬管。裝置中的檢測器目前所使用的是光電倍增管、固體成像器件，后者應用較多，然而其在檢測器領域屬于近幾年才顯現出來的。固態成像系統中，大部分是由多元陣列集成電路式制作而成的，其原材料是半導體硅片，被稱為焦平面檢測器。例如：電荷耦合器件(CCD)，該系統的檢測能力與速度都較之常規使用的更高。還有一些數據處理方面的裝置，如計算機、數據處理軟件等。

2.2 金屬礦物樣本處理

多金屬礦物的金屬元素分析中，在應用ICP–AES方法進行檢測時，需要對檢測的樣本進行提前處理。由于ICPAES的分析方法主要針對溶液，因此要將樣本通過一些處理方式溶解成溶液，隨后進行檢測。目前常見的金屬材料，大部分是由黑金與有色金屬構成，采用簡單的鹽硝混酸溶解方法，就可以進行處理。一些特殊的多金屬礦物，會出現難以分解、元素發揮的情況，這種狀態下密閉容器微波消解法就可以應用了。ICP-AES分析技術雖然和傳統分析方法比較，擁有更高的靈敏度。然而在某些元素檢測中，受樣本中其他元素干擾而無法測定。所以，為了達到更好的檢測效果，提前應用化學分離富集技術做預先處理，可以降低金屬礦物樣本在檢測中的下限。

2.3 ICP-AES分析過程

在待檢測的多金屬礦物樣本進行處理之后，就可以進行接下來的分析了。

首先要從ICP定量分析方法中選擇一項。分別有外標法、標準加人法、內標法三者以供選擇。本文以外標法作為分析方法，將提前處理過的樣本溶液向ICP光源引導。對于溶液樣本來說，一般以特定的法則為依據，將其引入ICP光源。這種引入方式，就是將各元素的酸度、黏度進行調整，形成與樣品相同的溶液。根據霧化效率受到的黏度影響，溶解樣品酸形成了一個排序，最小的是HCl，最大的是H3PO4，剩余三者依次排序為HNO3、HClO4、H2SO4。在對樣品進行溶解處理時，一定要保證其能夠被檢測到。

2.4 ICP-AES檢測中干擾與校正

ICP-AES在金屬元素檢測分析應用題過程中，通常都會存在干擾。一種是光譜干擾的情況，由于連續背景、譜線重疊所引起的；另一種是非光譜干擾的狀況，這方面包含的可能性較多，例如：化學干擾、物理干擾、電離干擾等。為了保障檢測工作的結果準確性，我們可以采取一些方法進行校正。首先是使用基體匹配法，利用分析線消除物理、化學干擾。其次是內標法，利用待測元素和內標元素譜線的強度比，使用待測元素濃度繪制校準曲線來進行分析。將其與匹配法結合，從而加強主體元素穩定性。最后可以多元光譜擬合的方法，以多變量的手段，利用數學處理公式，區分干擾信號，從而達到光譜干擾消除。

3 實驗論證分析

為了保證本文所提出方法是真實有效的，特進行實驗驗證。實驗中，提取5份多金屬礦物樣本進行實驗。為了保證實驗的嚴謹性，分別使用本文方法與傳統方法，對5份樣本同時進行檢測。

首先，對實驗樣本進行溶解處理，將其變為可使用的溶液后，與其他設備配合進行檢測，減少實驗過程中檢測干擾，得出最終檢測結果。將每次試驗過后的元素檢測準確率進行計算，結果如表1所示。

表1 金屬元素檢測準確率

根據表格中數據分析，本文提出的元素檢測方法，在5次的檢測試驗中，準確率最高達到92%，最低為80.24%，總體保持在80%以上。而傳統方法中，對同樣的樣本進行檢測，準確率最高只有70.02%，最低是60.38%。經過對比，本文提出檢測方法明顯具有更高的準確率。雖然該檢測方法，需要提前做一些樣本處理工作，但是獲得了元素檢測準確度的提升。相比較于傳統方法，本文提出的方法在金屬元素檢測方面的應用，具有明顯優勢。

4 結語

本文針對多金屬礦物金屬元素檢測問題，提出ICPAES的應用，并且，由論述與實驗證明了這種方式的有效性。

通過本文的研究，推動了ICP-AES技術的應用，促進了礦物中金屬元素檢測工作的發展。