電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法測定白云鄂博富鉀板巖中鐵、鈣、鎂、鋁和鋇的含量

于亞輝,王麗娟,王素梅,張慧珍,張秀艷?

(1.包頭稀土研究院 白云鄂博稀土資源研究與綜合利用國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,包頭 014030;2.瑞科稀土冶金及功能材料國家工程研究中心有限公司,包頭 014030)

包頭白云鄂博富鉀板巖屬于白云鄂博礦體上部圍巖,主要礦物成分為鉀長石和白云母,并伴生磁鐵礦、石英等脈石礦物,是一類重要的非水溶性鉀礦資源。白云鄂博富鉀板巖包含的化學(xué)元素較為豐富,主要組分為SiO2、Al2O3、K2O、Fe2O3,次量組分為CaO、MgO、Na2O、BaO 等。因此,準(zhǔn)確、快速地測定富鉀板巖中各種元素的含量,對工藝過程和產(chǎn)品質(zhì)量的控制具有重要的作用。

目前關(guān)于白云鄂博富鉀板巖成因分析[1-2]、純化預(yù)處理[3-5]、綜合利用工藝和元素含量測定的相關(guān)研究較多[6-11]。文獻(xiàn)[12]采用原子吸收光譜法測定綜合利用富鉀板巖礦中K、Na的含量,該方法具有分析快速、操作簡單等優(yōu)點(diǎn),但是由于K、Na元素含量較高,測定時(shí)需要稀釋很大的倍數(shù),這會(huì)導(dǎo)致較大的測定誤差。文獻(xiàn)[13]采用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法(ICP-AES)測定鉀長石中K、Na、Fe、Ti等元素的含量,此方法具有周期短、分析結(jié)果穩(wěn)定性較好等優(yōu)點(diǎn)。目前利用ICP-AES 測定Fe、Ca、Mg、Al、Ba的研究較多[14-18],但同時(shí)測定富鉀板巖中Fe、Ca、Mg、Al、Ba含量的方法未見報(bào)道,因此建立一種同時(shí)測定富鉀板巖中Fe、Ca、Mg、Al、Ba含量的方法十分重要。

本工作用氫氧化鈉和過氧化鈉熔解富鉀板巖樣品,鹽酸酸化后采用ICP-AES 對富鉀板巖中Fe、Ca、Mg、Al、Ba的含量進(jìn)行測定,該方法具有操作簡便、干擾少、多元素同時(shí)測定等優(yōu)點(diǎn),實(shí)用價(jià)值較高。

1 試驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

5110型全譜直讀電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀。

Fe、Ca、Mg、Al、Ba等單元素標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液:1.00 g·L－1。

混合標(biāo)準(zhǔn)溶液系列:將適量的1.00 g·L－1Fe、Ca、Mg、Al、Ba等單元素標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液分別轉(zhuǎn)移至一組100 mL容量瓶中,用5%(體積分?jǐn)?shù))鹽酸溶液定容,混勻,逐級稀釋,配制成混合標(biāo)準(zhǔn)溶液系列,各元素的質(zhì)量濃度見表1。

表1 混合標(biāo)準(zhǔn)溶液系列中各元素的質(zhì)量濃度Tab.1 Mass concentration of each element in mixed standard solution series mg·L－1

鉀長石標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)(GBW 03116),其中Fe2O3、CaO、Mg O 和Al2O3質(zhì)量分?jǐn)?shù)的認(rèn)定值依次為0.19%,0.76%,0.054%,18.63%,不確定度依次為0.02%,0.06%,0.011%,0.15%。

氫氧化鈉、過氧化鈉和鹽酸均為優(yōu)級純;試驗(yàn)用水為去離子水。

1.2 儀器工作條件

高頻功率1 200 W;冷卻氣流量12.0 L·min－1,輔助氣流量1.00 L·min－1,霧化氣流量0.70 L·min－1;觀測高度8 mm;蠕動(dòng)泵轉(zhuǎn)速12 r·min－1。Fe、Ca、Mg、Al、Ba等元素分析譜線依次為259.940,396.847,279.553,396.152,493.408 nm。

1.3 試驗(yàn)方法

預(yù)先在30 mL 鎳坩堝中加入2.0 g氫氧化鈉,加熱以去除水分。稱取富鉀板巖樣品0.3 g置于鎳坩堝中,覆蓋2.0 g過氧化鈉后,置于750 ℃馬弗爐中熔融10 min,冷卻至室溫。將坩堝和坩堝蓋放入盛有120 mL 水的玻璃燒杯中,加熱使熔塊完全浸出,再加入20 mL鹽酸,煮沸并維持2～3 min,以分解過量的過氧化氫。冷卻至室溫后,將溶液轉(zhuǎn)移至200 mL容量瓶中,用水定容,搖勻。測定時(shí)根據(jù)待測元素的含量進(jìn)行稀釋,分取溶液使測定值在標(biāo)準(zhǔn)曲線線性范圍內(nèi)。試驗(yàn)分取5.00 mL 溶液轉(zhuǎn)移至50 mL容量瓶中,用水定容,搖勻,按儀器工作條件進(jìn)行測定,隨同試樣制備流程空白。

2 結(jié)果與討論

2.1 分析譜線的選擇

在ICP-AES測定過程中,結(jié)合樣品中被測元素含量和樣品處理過程中可能引入的元素,分析譜線需滿足靈敏度高、無干擾或干擾少、信噪比高的要求。在儀器譜線庫推薦的譜線中分別選擇Fe、Ca、Mg、Al、Ba的幾條分析譜線,分別對50.00 mg·L－1Fe、Ca、Mg、Al、Ba等單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行圖譜掃描,根據(jù)各譜線輪廓和發(fā)射強(qiáng)度,試驗(yàn)選擇的待測元素的分析譜線依次為259.940,396.847,279.553,396.152,493.408 nm。

2.2 干擾試驗(yàn)

元素干擾是ICP-AES測定元素含量時(shí)產(chǎn)生誤差的主要因素之一,為保證結(jié)果的準(zhǔn)確性,需要進(jìn)行干擾校正試驗(yàn)。在選定的儀器工作條件下,試驗(yàn)考察了共存元素對待測元素測定的影響。結(jié)果表明,在待測元素測定值的相對誤差±5%內(nèi),100 倍的Ni、Na、Si、Al、K,50 倍的Mg、Ca、Fe、Ba、Ti、S,20倍的Be、B、V、Cr、Co、Zn、Pb、Cu、Sn、Rb、Sr、Ag、Au、U 不干擾測定。可見,該方法具有良好的選擇性。

2.3 標(biāo)準(zhǔn)曲線、檢出限和測定下限

按儀器工作條件對混合標(biāo)準(zhǔn)溶液系列進(jìn)行測定,以各元素的質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo),其對應(yīng)的發(fā)射強(qiáng)度為縱坐標(biāo)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線,線性回歸方程及相關(guān)系數(shù)見表2。

按照試驗(yàn)方法,對11個(gè)空白樣品進(jìn)行測定,計(jì)算測定值的標(biāo)準(zhǔn)偏差(s),以3倍的標(biāo)準(zhǔn)偏差確定方法的檢出限(3s),以10倍的標(biāo)準(zhǔn)偏差并結(jié)合稱樣量及稀釋倍數(shù)確定方法的測定下限,結(jié)果見表2。

表2 線性參數(shù)、檢出限和測定下限Tab.2 Linearity parameters,detection limits and lower limits of determination

2.4 精密度和準(zhǔn)確度試驗(yàn)

包頭白云鄂博富鉀板巖的主要成分為鉀長石和白云母,由于目前僅有鉀長石標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)而尚無富鉀板巖標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì),所以按照試驗(yàn)方法對鉀長石標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)(GBW 03116)和富鉀板巖樣品中Fe、Ca、Mg、Al、Ba 元素含量進(jìn)行測定,并換算為Fe2O3、CaO、MgO、Al2O3和BaO 組分的含量,考察此方法的精密度和準(zhǔn)確度。每個(gè)樣品平行測定11次,并計(jì)算測定值的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD),結(jié)果見表3。

由表3可知:GBW03116 中Fe2O3、CaO、MgO、Al2O3、BaO 組分的測定值與認(rèn)定值相符,說明方法準(zhǔn)確可靠。GBW 03116和富鉀板巖樣品中各組分測定值的RSD 為0.45%～7.0%,說明該方法具有較好的精密度。

表3 精密度和準(zhǔn)確度試驗(yàn)結(jié)果(n＝11)Tab.3 Results of tests for precision and accuracy(n＝11)

2.5 回收試驗(yàn)

為了進(jìn)一步校正待測元素受基體效應(yīng)的影響,對鉀長石標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)(GBW 03116)和富鉀板巖樣品進(jìn)行加標(biāo)回收試驗(yàn),結(jié)果見表4。

表4 回收試驗(yàn)結(jié)果Tab.4 Results of test for recovery

結(jié)果表明:Fe、Ca、Mg、Al、Ba元素的回收率為95.2%～100%;基體效應(yīng)對Al的測定結(jié)果影響較大,富鉀板巖中Al含量通常較高,因此在實(shí)際應(yīng)用中,要隨批測定Al的回收率,以便于校正Al的結(jié)果。

本工作用氫氧化鈉和過氧化鈉熔解富鉀板巖樣品,鹽酸酸化后采用ICP-AES測定富鉀板巖中Fe、Ca、Mg、Al、Ba的含量。該方法具有較好的準(zhǔn)確度和精密度,為富鉀板巖中Fe、Ca、Mg、Al、Ba含量的測定提供了一種簡便、快速、準(zhǔn)確的方法。