礦石樣品中金屬元素化學分析方法的應用研究

王 婷

（中國建筑材料工業地質勘查中心吉林總隊，吉林 長春 130000）

化學分析方法是以物質的化學反應為基礎的分析方法。產生于近代化學初期，比較成熟，又稱經典分析法，是分析化學的重要基礎。主要有重量分析法和滴定分析法。與儀器分析方法相比，它們不需要特殊的儀器，方法比較簡單，對常量組分(>1%)分析有較高的準確度和精密度，測定的相對誤差約0.2%。因此，在生產實踐和科學實驗中具有很大的實用價值，得到了廣泛的應用。但由于靈敏度較低、耗時較多、分析精度受操作人員熟練程度的影響較大等弱點，因此越來越多的被儀器分析方法所替代。

1 礦石樣品中金屬元素化學分析方法存在的問題

（1）方法選擇不恰當。礦石樣品中金屬元素常見的化學分析方法包括堿溶ICP-MS法、EDTA滴定法、穩健統計法，這些化學分析方法的優缺點不同，而且每種化學分析方法適合的礦石樣品也存在一定差異。因此不同的化學分析方法最終得到的分析結果具有顯著差異，也就是化學方法選擇不當會導致分析結果存在隨意性較大的問題，該問題會導致化學分析方法的結果不可靠。

（2）數據不夠精準。化學分析方法雖然不需要復雜的特殊儀器，一般來說化學分析法的測定誤差在0.2%左右，若化學分析人員操作過程中沒有出現任何問題，則最終得到的化學分析數據比較可靠。但是化學分析法實際操作過程中，操作人員對各個化學分析方法的掌握程度不一致，有些操作人員對部分化學分析方法的全部流程沒有做到全面掌握，在實際滴定操作等階段存在一定誤差，最終導致化學分析結果的誤差大于0.2%，降低了化學分析數據結果的精準性。

（3）化學分析人員素質低。化學分析人員基礎理論水平或者實踐操作水平低都屬于素質低的范疇之內，理論素養不足會導致化學分析人員對堿溶ICP-MS法、EDTA滴定法、穩健統計法的適用范圍認知不清晰，實踐操作水平低會導致化學分析人員在科學實驗中出現比理論值更大的誤差。因此化學分析人員素質低會對礦石樣品中金屬元素化學分析方法造成嚴重影響，只有理論和實踐水平均比較高的化學分析人員才能駕馭堿溶ICP-MS法、EDTA滴定法、穩健統計法等化學分析方法的應用。

2 礦石樣品中金屬元素化學分析方法

2.1 堿溶ICP-MS法

（1）樣品測定準備。礦石樣品中金屬元素化學分析方法比較多，但是并不是所有化學分析方法都能夠將礦石樣品中的各種常見元素全部測量出來，有些化學分析方法只能測量出其中部分金屬元素。而堿溶ICP-MS法在礦石樣品中金屬元素化學分析中測量出的金屬元素種類多達數十種之多，因此需要對礦石樣品中的金屬元素進行全面化學分析時比較適合采用該種化學分析方法。堿溶ICP-MS法原理如圖1所示。

圖1 堿溶ICP-MS法原理

堿溶ICP-MS法需要準備Na2O2、HNO3、NaOH等化學試劑以及超純水處理制備系統、電感耦合等離子體質譜儀等設備儀器。

（2）具體方法。堿溶ICP-MS法首先應該基于實驗標準配置混合標準溶液，然后再結合礦石樣品的實際情況挑選樣品溶液，讓樣品溶液與混合標準溶液進行混合，得到濃度為1.0mg/L的待測量標準溶液，最后逐步稀釋標準液介質，即可讓標準溶液與礦石樣品進行混合，這樣通過高溫爐加熱、冷卻、溶解、過濾、沉淀物清洗、儀器分析、數據處理等具體流程即可得到礦石樣品中的金屬元素的化學分析結果。

（3）優勢。堿溶ICP-MS法具有測量數據精密度高、抗干擾能力強、樣品性質保存完整等優點，雖然與堿溶ICPMS法類似的還有ICP-酸溶質譜法、ICP光譜法等，但是這些方法與堿溶ICP-MS法相比明確不具備這些優勢，因此堿溶ICP-MS法的適用性更強，大部分礦石樣品金屬元素化學分析都可以應用堿溶ICP-MS法，而ICP-酸溶質譜法、ICP光譜法只有部分礦石樣品能夠應用。

2.2 EDTA滴定法

（1）方法概述。EDTA滴定法也被稱為乙二胺四乙酸滴定法，它是一種絡合滴定法，乙二胺四乙酸在化學分析過程中與礦石樣品中的各個金屬元素經過絡合反應形成各種金屬化合物，然后通過對金屬化合物進行滴定測量即可測得礦石樣品中金屬元素的化學分析結果，最后通過對標準液用量進行計算即可得到金屬元素的含量，該方法可以測量的金屬元素數量多達70余種，但是鈣鎂金屬元素測量中對該化學分析方法的使用最為常見。

（2）方法改進。EDTA滴定法最常見的使用范圍是鈣鎂礦石樣品中的金屬元素化學分析，因此該化學分析方法改進思路分為鈣鎂金屬元素化學分析和其他金屬元素化學分析兩個方面。鈣鎂金屬元素化學分析中EDTA滴定法正常需要將氯化銨加入到鈣堿性溶液中，若在實驗中降低溶液堿性則可以提高最終的測量精度。而其他金屬元素EDTA滴定化學分析方法改進可以具體分為鉛、鉬、鋅、鐵等元素等角度，鉛元素滴定測量時可以將HF和SiO2加入聚四氟乙烯塑料器皿中，這樣可以通過硫酸將高硅鉛對測量精度的干擾除去；鉬元素滴定測量時可以針對10%～60%內的鉬元素進行含量分析可以將測量精度控制在1%以內；鋅元素滴定測量時可以多家氫氧化銨將干擾鐵離子與鋅元素進行分離以提高測量精度；鐵元素滴定測量時可以使用其他工藝替代重鉻酸鉀測量以減少污染、降低誤差。

2.3 穩健統計法

（1）方法概述。穩健統計法是一種對化學分析數據結果進行計算處理的方法，該方法并不會將一些極端值去除，而是會在不舍棄這些極端值的情況下與經典傳統計算方案進行比較，盡量降低極端數據對實驗結果的影響，從而增加化學分析結果的科學性。若直接將極端數據舍棄，雖然可以使數據計算結果看起來更加優美，但是卻精準性卻會相應降低。

（2）測定方法。穩健統計法的測定方法主要測量結果值、中位數、標準四分位間距、最大最小值、極值、穩健變異系數等參數，然后通過數據表征離散程度的不同方向對相關范圍進行估計，最后即可得到相對科學精準的化學分析結果。

（3）優劣勢。穩健統計法在礦石樣品中金屬元素化學分析方法的應用可以得到更加真實的可靠結果，雖然相對理想數據結果存在一定偏差，但是這種結果會與現實測量結果相互呼應，而不會出現傳統統計方法中實驗結果與現實結果差異較大的情況。在實際情況符合假定模型時，穩健統計法具有最佳或次佳的處理性能；在數據與模型差異較小時，穩健統計法的處理性能變化也較小；當實際情況偏離假定模型較遠時，穩健統計法的處理性能不會變得很差或導致錯誤結論，此時該方法是介于參數方法與非參數方法之間的一種新型處理方法。

3 礦石樣品中金屬元素化學分析方法的應用

（1）實驗過程。礦石樣品中金屬元素化學分析實驗首先需要選擇實驗礦石樣品、實驗設備，實驗設備包括電感耦合等離子體質譜儀、高硼厚壁耐高壓大玻璃安瓿瓶、準確控溫鼓風烘箱、高溫爐、離心機、石英試劑瓶、鼓泡和洗氣裝置、蒸餾裝置等；礦石樣品選擇某礦區內部的地質樣品，其中主要含有鉛鋅銅錳金屬元素。實驗開始前先將礦石樣品制成標準溶液（濃度為1mg/mL），然后向標準溶液中加入硝酸、氫氯酸、高氯酸得到混合溶液，最后滴入10ml王水進行定容處理。定容后取上層清液加入3%的硝酸稀釋至10ml使用電感耦合等離子體質譜儀進行金屬元素化學分析。

（2）實驗方法。本實驗在測量礦石樣品中金屬元素含量時選擇堿溶ICP-MS法，該方法相比EDTA滴定法、穩健統計法更加合理。EDTA滴定法最擅長的是測量鈣鎂金屬元素的含量，雖然本文對EDTA滴定法進行改進優化之后在鉛、鉬、鋅、鐵等元素測定上也可以取得理想效果，但是本文選擇的礦石樣品中主要金屬元素為鉛鋅銅錳，這些元素中銅錳元素無法得到較為精準的化學分析結果。而本文并未直接進行多組化學分析實驗，因此本文得到金屬元素化學分析結果相對單一，不適合采用穩健統計法提高處理性能。

（3）實驗結果與討論。本實驗采用堿溶ICP-MS法測得鉛鋅銅錳金屬元素含量的結果為：鉛（0.40μg/g）,鋅（0.60μg/g），銅（0.45μg/g），錳（1.50μg/g），而實驗樣品中鉛鋅銅錳金屬元素含量標準值為：鉛（0.50μg/g）,鋅（0.70μg/g），銅（0.35μg/g），錳（1.80μg/g），可見堿溶ICP-MS法在礦石樣品中金屬元素化學分析中取得的結果比較可靠，該方法可以應用到礦石樣品中金屬元素化學分析中。

4 結論

綜上所述，礦石樣品中金屬元素化學分析常用的方法包括堿溶ICP-MS法、EDTA滴定法、穩健統計法等，具體選擇何種方法必須根據礦石的實際情況進行分析，盡量選擇更加合適、科學合理、精確度高的化學分析方法，這樣再針對性提高化學分析人員的基礎素質，才能夠推動礦石金屬元素化學分析方法的應用。