ICP-AES測定鐵礦石硅、磷、錳、砷、鋅

何 蓮

（山西省第八地質(zhì)工程勘察院，山西 運(yùn)城 044000）

在鋼鐵冶煉過程當(dāng)中，鐵礦石作為重要的基礎(chǔ)原料，其檢測質(zhì)量的高低對于鐵水質(zhì)量有著至關(guān)重要的影響，過去在對鐵礦石進(jìn)行理化檢驗(yàn)過程當(dāng)中，一直運(yùn)用傳統(tǒng)的化學(xué)分析方法，雖然化學(xué)分析方法具有較高的準(zhǔn)確性，然而礦石當(dāng)中每種元素的測定分析，都需要消耗不同的化學(xué)試劑，處理方法也存在很大不同，而且分析的過程非常繁瑣，測定分析過程當(dāng)中需要大量的人力、物力以及時間上的投入，分析速度相對較慢。近年來，伴隨經(jīng)濟(jì)社會高速發(fā)展，市場上鐵礦資源的需求越來越大，鐵礦生產(chǎn)節(jié)奏逐漸加快，每日礦石檢測批量也在快速增加，這給礦石成分檢測提出了更高的要求，依然保持原狀，不尋求突破和發(fā)展，就很難高效的完成鐵礦石的測定與分析工作。選用聚光科技生產(chǎn)的ICP—5000型掃描式等離子體發(fā)射光譜儀，對鐵礦石元素成分進(jìn)行測定取得較好的效果。本文當(dāng)中主要針對鐵礦石硅、磷、錳、砷、鋅元素測定進(jìn)行分析研究，主要討論了測定鐵礦石硅、磷、錳、砷、鋅元素過程中，測定分析條件、樣品的制備和標(biāo)準(zhǔn)曲線的擬和等問題，希望能為有關(guān)人士提供一些借鑒和參考。

1 電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法概述

電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法（ICP-AES）在測定過程當(dāng)中，主要的激發(fā)光源為等離子體，該方法能夠同時的對很多元素進(jìn)行測定，載氣將樣品在霧化系統(tǒng)當(dāng)中引入，完成霧化之后，通過氣溶膠的方式，在等離子體中心通道中進(jìn)入，通過惰性氣氛以及高溫條件，使樣品得到完全蒸發(fā)，使其轉(zhuǎn)變?yōu)樵踊⑦M(jìn)行電離激發(fā)，讓各元素將自身特征譜線表現(xiàn)出來，依照不同元素特征譜線，來對某種元素在樣品當(dāng)中含量進(jìn)行分析，并通過這些譜線特征具有的強(qiáng)度，來測定樣品當(dāng)中元素具有的含量。在各類礦石樣品元素測定時，發(fā)揮著重要的定性測定作用。

對于電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀而言主要包括引入、檢測、色散以及ICP光源等系統(tǒng)組成，同時配合計算機(jī)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，氣體控制以及冷卻系統(tǒng)等[2]。

樣品引入系統(tǒng)：依照樣品不同的狀態(tài)，有固體和液體兩種進(jìn)樣方式，一樣過程當(dāng)中一般運(yùn)用液體方式進(jìn)行進(jìn)樣。有兩部分共同組成引入樣品系統(tǒng)，如提升樣品部分和物化樣品部分，蠕動泵是提升樣品的重要組成部分，也可運(yùn)用霧化器進(jìn)行提升，具有穩(wěn)定轉(zhuǎn)數(shù)的蠕動泵，泵管還應(yīng)當(dāng)具備較好的彈性，能夠確保樣品勻速的泵入，并順利的排出廢液，霧化室與霧化器是重要的霧化組成部分。通過泵入方式泵入樣品，也可利用提升形式將樣品送至霧化器當(dāng)中，由于載氣因素影響，產(chǎn)生小的霧滴，在霧化室當(dāng)中進(jìn)入，碰到霧室壁的大霧滴被排除，進(jìn)入到離子體源的只是一些小的霧滴。要求霧化器有著較高的霧化效果，而且還應(yīng)當(dāng)具備較高的穩(wěn)定性，具有較小的記憶效應(yīng)，并保持良好的抗腐蝕性，霧化室應(yīng)當(dāng)確保環(huán)境處于低溫條件，并時常的進(jìn)行清洗。同心霧化器以及交叉型霧化器是主要的霧化器類型，旋流型和雙通路型是應(yīng)用普遍的物化是類型，具體應(yīng)用時，應(yīng)當(dāng)充分考慮樣品基質(zhì)于測定的相關(guān)元素，并考慮靈敏度，對霧化器及霧化室進(jìn)行選擇。

電感耦合等離子體（ICP）光源：發(fā)揮著點(diǎn)燃作用，但必須要保證純氬氣流必須要持續(xù)穩(wěn)定，感應(yīng)圈以及高頻發(fā)生器和炬管與冷卻系統(tǒng)也應(yīng)當(dāng)持續(xù)穩(wěn)定。在等離子體源當(dāng)中引入的樣品氣溶膠，于6000K～10000K溫度條件下，進(jìn)行溶劑以及蒸發(fā)和解離，激發(fā)電離進(jìn)行譜線發(fā)射，依照光路采光方向，ICP源主要包括水平和垂直兩種方式觀測，ICP光源雙向觀測，可以同時的觀測水平和垂直兩個方向，具體應(yīng)用時，必須要充分考慮樣品的基質(zhì)、波長以及測定元素靈敏度等各個方面充分的進(jìn)行考慮，對合適的觀測方式進(jìn)行選擇。電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法還包括色散系統(tǒng)以及檢測系統(tǒng)與冷卻系統(tǒng)包括排風(fēng)系統(tǒng)和循環(huán)水系統(tǒng)與冷卻系統(tǒng)[3-5]。

2 溶液制備試驗(yàn)

儀器型號為ICP-5000，聚光科技（杭州）股份有限公司生產(chǎn)，ICP-AES測定過程當(dāng)中，試劑溶液的制備是非常重要的。而化學(xué)分析鐵礦石，溶樣方法已經(jīng)非常的完善，將幾個合適的鐵礦石樣品進(jìn)行選擇，借助化學(xué)溶樣方法來完成溶解，在ICP光譜儀當(dāng)中引入溶液直接開展測定工作，了解到，五個元素具有著較好線性狀態(tài)的工作曲線，然而，標(biāo)準(zhǔn)樣品卻有著較低的回收率，而且應(yīng)用七天后的炬管污染非常的嚴(yán)重，極易導(dǎo)致霧化器發(fā)生堵塞，很難確保分析精準(zhǔn)性，進(jìn)行五倍溶液稀釋之后在進(jìn)行分析工作，了解到硅、錳、鋅等元素濃度較大時，會有效提高其分析精度，而元素離子濃度較低時，分析其中的砷和磷精確度相對較低，回收標(biāo)樣率較低，霧化器以及炬管污染沒有得到有效改善。認(rèn)為ICP光譜儀測定過程當(dāng)中利用原來的化學(xué)容量分析方法不適用。

根據(jù)ICP光譜儀有關(guān)資料，并有廠家工程師進(jìn)行相應(yīng)的指導(dǎo)，容易堵塞霧化器和炬管污染，分析精度不高的問題主要是由于，大量加入堿性溶劑導(dǎo)致溶解樣品質(zhì)量受到影響。堿熔法溶解樣品（以下方法二），具有很強(qiáng)的分析能力，能夠方便的浸出熔融物，而且也有著較快的速度，將溶劑用量適當(dāng)加大，利于樣品快速溶解。不會較大影響到化學(xué)分析。然而再向ICP光譜儀進(jìn)行導(dǎo)入時，因溶液應(yīng)通過毛細(xì)管霧化器，堿熔后出現(xiàn)較大濃度時，吸出鈉鹽堵塞霧化器。通過相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)，了解到溶解樣品受到加入熔劑量的影響，在小于1g熔劑量時，不能夠完全的熔解樣品，而且具有較長的熔塊溶解時間。將溶劑量進(jìn)行2.5g加大時，樣品得到了全部溶解，而且時間相對較短。然而物化卻發(fā)生阻塞。再進(jìn)行試驗(yàn)，熔劑量1.6～2.0g最為合適，而且大幅提高了測定精確度。

3 最佳工作條件試驗(yàn)

3.1 分析線

不同的元素分析過程當(dāng)中運(yùn)用三組分析線完成定性分析，并通過計算機(jī)將最佳分析線給篩選出。

3.2 霧化器

7＃和10＃是應(yīng)用的兩種霧化器，對試液進(jìn)行分析，7＃有較大的檢測強(qiáng)度，10＃能夠有效減少霧化器堵塞，但是應(yīng)用標(biāo)液量相對較大。根據(jù)實(shí)際需求對10＃霧化器進(jìn)行選擇。

在應(yīng)對資本市場倫理缺失上，倫理學(xué)界將重點(diǎn)放在強(qiáng)化倫理的內(nèi)部調(diào)試上，主張加強(qiáng)對倫理道德的認(rèn)識、研究資本市場倫理思維的特征以激勵金融活動主體的道德需求，法律在其中只起外部保障作用。然而資本市場參與者的投機(jī)心理，使倫理性在此很難獲得認(rèn)同，在不涉及利益時每個人都可以是道德的圣人，但在巨大的資金面前，倫理卻成為后位階的考量。僅靠倫理性的道德教化來約束資本市場各方，難以真正規(guī)范資本市場。在經(jīng)濟(jì)發(fā)展的過程中，對倫理的呼吁從未停止，但這并未制止倫理道德的進(jìn)一步淪喪。因此，在金融發(fā)展過程中,僅僅依靠倫理規(guī)范這種軟約束來調(diào)節(jié)金融活動是不夠的，必須發(fā)揮法律的強(qiáng)制性作用，以法律為主，在法律之中融入倫理性。

3.3 載氣

載氣量不斷加大，可以促進(jìn)快速吸收試液，使分析時間有效縮短，然而卻損耗大量標(biāo)液，也需要加大氬氣應(yīng)用量，分析精度出現(xiàn)降低。最終試驗(yàn)應(yīng)用載氣流量為0.71/min。

3.4 工作條件

25℃的水溫條件以及1.2kW入射功率和141/min冷卻氣，1.21/min的等離子氣，0.71/min的載氣與3.51/min凈化氣，積分時間：5S。

4 試劑及實(shí)驗(yàn)方法

4.1 試劑

（1）混合熔劑：根據(jù)2:1的比例粉碎無水碳酸鈉和硼酸之后充分混勻，在干燥容器當(dāng)中存放。

（2）濃硝酸：分析純。

（3）水：蒸餾水。

（4）KOH：分析純。

（5）Na2O2：分析純。

4.2 實(shí)驗(yàn)方法（2種）

方法一：將0.100g試樣精準(zhǔn)的進(jìn)行稱取，充分干燥，磨細(xì)，在鉑金坩堝中將0.8克混合溶劑鋪入其中，通過玻璃棒均勻的進(jìn)行攪拌，然后在試樣上覆蓋0.8g混合熔劑，將干鍋蓋蓋上，運(yùn)用馬弗爐900℃～950℃，進(jìn)行12～15min熔融，取出之后進(jìn)行冷卻，在燒杯當(dāng)中放入，一邊搖晃一邊將濃硝酸20ml加入其中，運(yùn)用低溫電爐進(jìn)行加熱全面的溶解溶塊，之后進(jìn)行冷卻，鉑金坩堝用水洗出，利用容量瓶（200ml）盛取200ml溶液，并通過水進(jìn)行相應(yīng)刻度稀釋，均勻搖晃，在ICP光譜儀當(dāng)中引入溶液進(jìn)行分析，對檢測強(qiáng)度進(jìn)行記錄分析其百分含量。

方法二：將試樣進(jìn)行0.5 g精確稱取，并進(jìn)行0.001 g精確，在干燥銀坩堝中將Na2O2與4gKOH加入其中均勻的進(jìn)行搖晃，并在500℃～600℃高溫爐中進(jìn)行15～20min熔融，取出之后進(jìn)行冷卻，利用塑料燒杯（250ml）進(jìn)行盛取，并浸取熱水，坩堝通過稀硝酸進(jìn)行清洗，將HNO310ml～15ml加入其中，全部溶解之后利用容量瓶250ml）進(jìn)行盛取，并利用水進(jìn)行稀釋到相應(yīng)刻度定容均勻搖晃，之后開展分析測試工作。

4.3 標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制

運(yùn)用國家標(biāo)準(zhǔn)溶液，硅、磷、錳、鋅為500mg/L，砷為100mg/L。按需將標(biāo)準(zhǔn)溶液配制成以下濃度：20ug/ml SiO2以及10ug/ml的P，20ug/ml的MnO與1ug/mlAs，20ug/ml 的Zn。在這一濃度當(dāng)中，將所需應(yīng)用的毫升數(shù)進(jìn)行吸取來對標(biāo)準(zhǔn)曲線進(jìn)行繪制。

5 方法精確度與準(zhǔn)確度試驗(yàn)

依照試驗(yàn)方法進(jìn)行十次試樣分析，精確度參見表1，把該方法對照化學(xué)分析方法，并進(jìn)行持續(xù)跟蹤，了解到測試結(jié)果非常吻合（見表2），證實(shí)鐵礦石定量分析利用這一方法較為合適。

表1 分析精確度

表2 分析數(shù)據(jù)對照

6 校正樣的制備與穩(wěn)定性試驗(yàn)

將多次分析剩下的試液進(jìn)行全部收集，均勻混合之后，通過BC-光譜儀開展相應(yīng)的含量測定，在相應(yīng)測試范圍內(nèi)，將標(biāo)準(zhǔn)溶液使量加入其中，并對有關(guān)濃度科學(xué)調(diào)整，進(jìn)而對校正溶液高低進(jìn)行獲取，通過不斷跟蹤測定，了解到這一校正液強(qiáng)度穩(wěn)定，符合校正樣相關(guān)要求，不僅可以減少樣本應(yīng)用，操作起來也比較簡單，使得氬氣與分析時間大幅減少。

7 結(jié)語

在鐵礦石硅、磷、錳、砷、鋅元素測定過程當(dāng)中運(yùn)用ICP-AES法，不僅速度快，而且精確度高，操作起來也十分簡便，對于鐵礦石質(zhì)量提升有著非常重要的意義，還能有效保證生產(chǎn)效率，控制人力物力方面的投入，因此在今后鐵礦石分析過程當(dāng)中，應(yīng)當(dāng)大力推廣應(yīng)用這一方法，達(dá)到降本增效，保護(hù)環(huán)境的良好效果。