ICP-AES在多金屬礦物金屬元素檢測中的應用

馮曉婷

(甘肅省有色金屬地質勘查局天水礦產勘查院測試中心，甘肅 天水 741020)

0 引 言

伴隨我國經濟發展水平逐步提升，越來越多的金屬元素獲得了較為普遍的應用。金屬產品不僅給老百姓們提供了便利的生活，同時還提升了生活質量，隨著我國技術水平的不斷提升，被檢測出來以供應用的金屬元素越來越多，人們將其推廣應用至社會生活、軍事以及醫療等行業。地質礦物金屬元素測定已經成為我國地質勘查中的重要環節，其主要就是為了進一步評判地質礦物有無具備開采意義，同時給地質礦物中金屬元素提煉奠定重要基礎。在一般條件下，地質礦物中會在同一時間測定一種或者多種金屬元素，最為普遍的地質礦物測定工作即對地質礦物內的某類金屬元素予以測定，因為測定主體相對較為單一，所以就具備極高可操作性。

在多金屬礦物中，含有很大比例的金屬元素，在所有元素被發現檢測之后，一方面要重視其所具有的實踐價值，另一方面應當對所有多金屬礦物的組成物質進行全面檢測，這有利于后期開采作業的開展。但是ICP-AES法，也就是電感耦合等離子體質譜法，能夠保證在檢測期間提取出所有的金屬元素，在后期工作開展期間，如何運用該方法將多金屬礦物中的金屬元素全部檢測是需思考的問題。

1 ICP-AES技術分析

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4個方面，見圖1。ICP-AES法是原子光譜分析技術中的一種方法，廣泛應用于機械制造、地質以及冶金生產等領域，同時在環境檢測、食品檢測以及礦物金屬元素測定等方面也有著較多應用，具有突出的優越性，是檢測分析領域中至關重要的一類技術。

圖1 ICP-AES分析儀器基本組成Fig.1 Parts of ICP-AES instrument

ICP測試儀所注重的是信號強度和呈正相關的光譜。原子發射光譜，其內在機理是價電子受到激發，首先出現躍遷，之后能態由高處逐步下降，這該過程中會有光譜形成，輻射為其常用的釋放方式。運用ICP-AES技術可以進行定量、半定量以及定性剖析。但是在樣本元素剖析中，ICP-AES由于自身強大的定量功能得到了大范圍運用，此工藝事關生物、納米和能源等諸多方面，和常規金屬元素檢測方式比較，該技術具有突出優勢。

原子光譜分析是檢測無機元素的重要方法之一，而ICP-AES法不但具有AES在測定元素中的優點，同時其測定范圍較廣，可以同時測定多種元素，無論是氣態、液態還是固態樣品都能進行直接的測定分析，具有多中線譜、多種元素同時測定的優點。

由此可見，ICP-AES法在原色測定分析中應用廣泛，效果明顯。在近幾十年的發展和演變過程中，ICP-AES技術有著較為突出的創新和改進，同時其應用范圍也越來越廣，以該技術為基礎的商品化儀器也在市場中較受歡迎，不但具有較高的檢測性能，同時價格也合乎人們要求，具有較明顯的優勢，因此當前ICP-AES技術在多金屬礦物金屬元素檢測工作中成為主要手段之一。同時，在元素測定工作領域，技術工作者不斷進行理論研究和實踐創新，該技術的應用也逐漸穩定和成熟，為元素測定相關技術的發展奠定了良好基礎。

ICP-AES技術主要是測定容易來進行相關分析，在ICP-AES技術應用于金屬材料的測定分析工作中時，往往需要將固體金屬進行溶解，以溶液形式來進行測定。在此過程中，如果固體樣本溶解不完全，會導致檢測結果存在一定偏差。因此在測定前要做好相關的基本準備。另外，干擾問題也是應用ICP-AES技術的一個主要影響因素，相比于傳統方法，ICP-AES技術在廣光源激發性上有著較好性能，但是仍然存在著光譜自吸現象，并且這種分布的不均勻特征明顯，會造成溫度空間的不均勻分布，這種影響是由客觀元素所造成的，最終會造成檢測結果的誤差，無法保證分析結果的準確性。因此，實驗分析環境會嚴重影響到最終的分析測定結果，為了保證其準確性，必須要對實驗環境有所要求。

2 地質礦物中測定多種金屬元素的ICP-AES法分析

2.1 地質礦物樣本微波消解處置

在檢測地質礦物樣本前，應對受檢地質礦物樣本予以處置，該文采取微波消解處置技術，該工藝的應用可以較為高效地提取出地質礦物樣本內各個金屬元素物質，實際流程闡述如下：①將受檢地質礦物樣本置于指定的烘干機內予以烘干，將地質礦物樣本中的水分進行有效地蒸發，有助于將來及時粉碎樣本；②把烘干之后的地質礦物樣本進行破碎、縮分，制備成具有代表性的分析試樣，試樣的顆粒大小不超過0.03 um；③將制備好的地質礦物試樣置于容積為100 ml的消解燒杯內，同時在容物內注入既定數量的蒸餾水，杯中注入一定的硝酸鹽，充分應用硝酸鹽以及地質礦物樣本內各個金屬元素之間產生的化學反應；④把燒杯內的溶液注入至消解設施內，消解設備選取專門的ASA型號消解儀，把消解儀消解的溫度控制在150 ℃左右，而實際消解時長控制在20 min左右，于燒杯上方安置1處過濾網；⑤把消解期間粘附在過濾網中的物質用刀片搜刮下來，將之用在后續的檢測工作之中，從而順利實現地質礦物樣本微波消解處置。

2.2 測定濃度

試樣進行針對性的微波消解處置后，繼續采取ICP-AES法，進一步進行檢測，具體過程闡述如下：把設施的高強度短弧氙燈當作持續性的光源，以儀器設施高分辨率的內階梯光柵當作主要的光學系統；把短弧氙燈進一步校正系統的光學分辨率設定成1.5 pm，如此一來就可以實現電解質濃度測定儀器的校正目標。于儀器設施上采集部分比較多見的金屬元素分析譜線，各金屬元素分析譜線的有關參數要超過0.99，而分析譜線的有關系數愈貼近1，此時就代表所采集的分析曲線的線性較佳。在此前提下對電感耦合等離子體發射光譜儀測定系數予以設定，再把高頻發射功率設置成為1200 W，把設施的采樣深度設置成0.36 mm，接著再把等離子氣體流速設置成為0.85 l/min，把輔助氣流速設置成1.35 l/min，把設施載氣流速設定成3.15 l/min，同時把霧化溫度參數設置成2.54 ℃，把設施測定波長設置成1.354 nm，把設施測定環境溫度設置成75～155 ℃，接著再把設施換算方式改定成為高峰換算形式，把設施高猛酸鉀含量設置成0.25 g/ml，然后，把設施進樣量設置成0.25 g，最后再啟動設施開關，把微波消解之后的樣本置于儀器電離管之中，同時順次朝著電離管中注入濃度是0.45 g/ml硝酸溶液1.5 ml，同時還有濃度為0.05 g/ml高猛酸鉀溶液0.25 ml，如果設施電離管溫度超過50 ℃，那么就還應該往電離管內注入0.15 ml的磷酸緩沖溶液，接著再把電離管內地質礦物樣本pH值下調到5.5左右，同時還要求使用100 ml水定容，在慢慢放置10 min后，接著再把電感耦合等離子體發射光譜儀轉速設定成1 500 r/min，電離時長大致為7.5 min，在實現電離工作之后，就要求把離心管內清液移除出去，使用1 ml高濃度硝酸，利用它來進一步測定溶液沉淀，同時讀取多個金屬元素濃度信息，仔細登記好各金屬元素名稱以及實際濃度，從而有助于后續計算樣本內多個金屬元素的實際含量。

3 基于ICP-AES的多金屬礦物金屬元素檢測措施分析

在檢測金屬元素過程中，相關人員要科學采取ICP-AES手段，才能夠有效彌補傳統檢測法不足。首先，相關人員要預先明確地機器構成ICP-AES儀器設施，然后預先安置多金屬礦物樣本，這有利于后期第一時間開展ICP-AES剖析，另外使用校正方式防止干擾問題的產生。

3.1 ICP-AES儀器裝置分析

ICP-AES儀器涵括了樣品導入系統、檢測器、多色器、RF發生器等主要構成部分，而在此之中高頻發生器充分地發揮其作用。離子體所需能量均可被提供，所以該部分的平穩性標準較高，而且還需要具備較為明顯的抗外界干擾效用。值得注意的是，在樣品導入系統內，涵括了蠕動泵、霧化器以及霧化室等構成部分，在設施內的檢測器還涵括了光電倍增管以及固體成像構件等等。值得注意的是，在固態成像系統之中，諸多還是利用多元陣列集成電路式組成，它們包含的重要材料包括半導體硅片等，如此一來就能夠被作為焦平面檢測裝置。例如，在電荷耦合器件(CCD)方面，該系統的實際核驗水準以及效率均很高，同時還有部分信息處置方面的設施，例如計算機設備、數據分析軟件等。

3.2 ICP-AES分析過程

檢測人員對亟待核查的多金屬礦物樣本予以處置后，就要開展進一步的分析工作。在ICP定量剖析方法中選擇一個理想項，也就是內外標法和標準加人法。此次檢測，使用的是外標法，將預先處置完成的樣本溶液朝著ICP光源予以引導，針對溶液樣本而言，通常還要把相關法則當作重要的依據，將其引進到ICP光源內。但是在引入中，是優化所有元素的黏度以及酸度，構成樣品統一的溶液。由于霧化效率常常會受到黏度的影響，所以溶解樣品酸會會構成基礎序列，最大的即為H3PO4，最小即為HCl，而中間的分別是H2SO4、HClO4、HNO3。在對樣品提供溶解處理的時候，應當保證其被有效檢測到。

3.3 ICP-AES檢測中干擾及校正

在實際應用ICP-AES法期間，不可避免地會受到部分干擾線性，比如說光譜干擾，這常常是因為連續背景、譜線重疊所引發的；非光譜干擾涵括了諸多方面，比如化學、物理以及電離干擾等等。為了進一步提升檢測工作的精準性，此時還要求采取針對性方法予以處置，首先所采取的就是基本匹配法，使用分析線避免受到化學以及物理等方面的影響。其次就是內標法，采用亟待核驗元素以及內標元素譜線實際的強度比重，接著再持續采取亟待檢測元素濃度制成曲線予以分析，接著再進行匹配，進而讓主體元素的穩定系數獲得穩步上升。除此之外，還需要采取多元光譜擬合的手段，應用多變量形式，進一步采取數學處置公式，辨識有一定擾動效用的信號，進而合理處置光譜干擾。

4 實驗論證分析

為了更深層次地保證所采取手段的可靠性，此時還應該開展實驗驗證工作。在測驗期間，還需要對實驗樣本提供溶解處理，接著將其轉化成為可使用溶液后，與其他設施展開搭配核驗，最終得到檢測數據。根據檢測試驗結果不難看出，最低為80.11 %，準確率最高為92.11 %，總體保持在80 %周邊。而傳統方法的準確率最高只能夠達到70.19 %。具體數據見表1。

表1 金屬元素檢測準確率Tab.1 Accuracy of metallic element tests

5 結 語

綜上所述，針對多金屬礦物金屬元素檢測問題，積極采取ICP-AES法，能夠在未來持續推動礦物中金屬元素檢測工作的發展。