氟化氫銨消解-電感耦合等離子體質譜(ICP-MS)法測定地球化學樣品中的鋰、銣、銫

任夢陽

(長春科技學院，長春130400)

前言

鋰、銣、銫同屬于堿土金屬，具有相似的物理和化學性質，在自然界中相互伴生存在，分離富集較為困難，也給分析測試帶來了不便。作為稀有金屬，它們目前已經廣泛應用于原子能、航空航天、空間技術、電子制造和光電子等行業。隨著科技的不斷進步，鋰、銣、銫需求量越來越大，因此也成了近年來找礦的熱點。準確測定地球化學樣品中的鋰、銣、銫對礦產的發現是非常重要的。目前多以原子吸收光譜法[1-4]、電感耦合等離子體光譜法[5-6]、X射線熒光光譜法[7-8]、電感耦合等離子體質譜法[9-10]來測定。上述方法采用酸溶或者堿熔，會造成銣和銫的揮發損失，影響測定結果的準確度；對于難溶礦物不能完全分解，也會影響測定結果的準確度。本文利用氟化氫銨-電感耦合等離子體質譜(ICP-MS)法測定地球化學樣品中的鋰、銣、銫能夠圓滿解決上述問題。

1 實驗部分

1.1 主要儀器及工作條件

電感耦合等離子體質譜儀XⅡ(美國賽默飛世爾科技公司)，主要參數列于表1。

表1 ICP-MS測定鋰銣銫的工作參數

控溫石墨電熱板和15 mL PFA坩堝，江蘇正紅塑料廠生產。

1.2 主要試劑

氟化氫銨、硝酸均為西隴化學試劑有限公司生產，優級純；水為去離子水。

鋰、銣、銫、銦、銠、錸標準儲備溶液(1 000 μg/mL)，國家有色金屬及電子材料分析測試中心生產。

GBW07402、GBW07404、GBW07301、GBW07305土壤和水系沉積物標準參考物質，廊坊地球物理地球化學勘查研究所生產。

1.3 實驗方法

稱取0.10 g(精確至0.000 1 g)樣品于干燥的15 mL PFA坩堝內，加入氟化氫銨0.60 g，蓋上坩堝蓋后，搖晃使試劑與樣品充分混合。然后壓緊蓋子后置于控溫石墨電熱板上。在石墨電熱板上240 ℃溫度下消解2 h。打開蓋子，加入2 mL硝酸，160 ℃溫度下蒸至近干狀態。加入1 mL硝酸(1+1)，蓋上蓋子，160 ℃溫度下加熱1 h。取下，冷卻至室溫，將溶液移入25 mL容量瓶中，稀釋至刻度，搖勻，備測。空白溶液使用相同的方法同時消解。

2 結果與討論

2.1 氟化氫銨用量的選擇

分別稱取GBW07402標準參考物質7份，每份0.1 g(精確至0.000 1 g)于干燥的15 mL PFA坩堝內，分別加入0.10、0.20、0.30、0.40、0.50、0.60、0.70 g氟化氫銨，以下步驟同實驗方法。通過實驗考察氟化氫銨的用量，結果見表2。結果表明，在氟化氫銨用量不小于0.50 g時，樣品分解完全，為了使用量具有更大適宜性，氟化氫銨用量選為0.60 g。

表2 氟化氫銨按用量的選擇

2.2 消解溫度的選擇

分別稱取GBW07402標準參考物質5份，每份0.1 g(精確至0.000 1 g)于干燥的15 mL PFA坩堝內，各加入氟化氫銨0.60 g，分別于180、200、220、240、260 ℃下進行消解，其余同實驗方法。考察消解溫度對測定的影響，結果見表3。結果表明，當溫度大于等于240 ℃時，樣品分解完全，考慮坩堝熔點和測試成本選擇實驗溫度為240 ℃。

2.3 消解時間的選擇

分別稱取GBW07402標準參考物質5份，每份0.1 g(精確至0.000 1 g)消解時間分別為1.0、1.5、2.0、2.5、3.0 h，其余同實驗方法。考察消解時間對測定的影響，結果見表4。結果表明，當時間不小于2 h時，樣品分解完全，考慮測試成本選擇消解時間為2 h。

表3 消解溫度的選擇

表4 消解時間的選擇

2.4 內標元素的選擇

電感耦合等離子體質譜法在分析測定過程中經常采用內標法來校正儀器的漂移，消除溶液中的基體元素對待測元素的影響。內標元素選取原則為：一是樣品中所含有的內標元素可以忽略不計；二是內標元素本身不受樣品基體或待測元素的干擾；三是內標元素與待測元素有相近的電離能；四是內標元素要與待測元素質量數相近。表5給出了待測元素和內標元素的質量數和電離能。

表5 內標元素和待測元素的質量數和電離能

根據表5和內標的選取原則，再結合樣品的實際情況，采用內標元素In來校正基體效應和儀器的漂移。

2.5 方法檢出限

按照樣品分解方法，消解樣品的同時制備11個空白溶液。按照相應儀器條件進行測定，計算各元素的標準偏差，然后按各元素的標準偏差3倍得出檢出限，鋰為0.012 μg/g、銣0.038 μg/g、銫0.045 μg/g。

2.6 方法準確度實驗

對4個標準參考物質進行消解，在選定的實驗條件下進行測定，結果見表6。所測結果與標準參考物質的參考值之間的相對誤差滿足地質實驗室測試質量要求。

表6 方法準確度

2.7 方法精密度實驗

對4個標準參考物質進行消解，在選定的實驗條件下進行11次測定，結果見表7。所測精密度滿足地質實驗室測試質量要求。

表7 方法精密度

3 結論

方法經國家土壤和水系沉積物標準參考物質驗證，方法的檢出限、準確度和精密度能夠滿足地球化學樣品分析測試的質量要求。并且有效地避免了銣和銫在樣品消解過程中的揮發損失。方法具有操作簡便、測試成本低、分析效率高等特點，適合于批量樣品的分析測試。