電感耦合等離子體發射光譜法測定磷精礦中磷、鎂、鈣、鐵、鋁、鉀、鈉、硫

唐麗丹，高德池，易 琴，丁桂成

（湖北大峪口化工有限責任公司，湖北 荊門 443100）

0 引言

磷礦石與磷精礦中磷、鎂、鈣、鐵、鋁、鉀、鈉、硫8 種元素，主要采用容量法、分光光度法、原子吸收法等測定，需要逐一單獨進行測定，以人工操作為主，分析流程長，檢測效率較低［1］。

電感耦合等離子體發射光譜法（ICP-AES），不僅能快速、準確地測定數據，而且檢測范圍較寬［2］。試樣經溶解處理后直接用儀器檢測，可以同時檢測數個組分的含量，縮短了檢測時間，避免了化學試劑的使用，在控制化學污染方面具有極大優勢，十分符合當前社會的環保與科學理念。

1 實驗部分

1.1 儀器及工作條件

主要儀器：Multiwave 5000 微波消解儀；電感耦合等離子體發射光譜儀，存在兩種觀察方式，水平和垂直，水平觀察方式可以充分對元素進行燃燒，但存在的干擾較大，垂直觀察方式是氣體噴射與火焰成垂直方向，干擾因素較少。

ICP-AES 工作條件：觀察方式，硫元素測定采用水平方式，其他元素測定均采用垂直方式；發射功率1 150 W；載氣流量0.5 L/min；輔助氣流量0.5 L/min；冷卻氣流量12.0 L/min。

1.2 標準溶液和主要試劑

實驗中所采用的試劑均為優級純及以上試劑，去離子水為二級水；高純氬氣，純度≥99.999%。

標準溶液：根據磷精礦中8 種元素的常規含量，將標準試劑磷、鎂、鈣、鐵、鋁、鉀、鈉、硫配制成質量濃度為100 μg/mL 的標準溶液，將標準試劑磷、鈣配制成質量濃度為1 000 μg/mL 的標準溶液。

1.3 樣品預處理方法選擇

酸溶法：稱取試樣0.1～0.5 g，精確至0.000 1 g，將試樣置于300 mL 聚四氟乙烯燒杯中，加少量水潤濕，小心加入鹽酸20 mL、硝酸7 mL，于電熱板上緩慢加熱至沸騰，保持微沸至燒杯內溶液剩5 mL 左右；取下稍冷后加入鹽酸10 mL，加熱微沸10 min，取下，冷卻后轉移至250 mL容量瓶，用水稀釋至刻度，搖勻，用慢速濾紙干過濾，待測。

堿熔法：稱取試樣0.1～0.5 g，精確至0.000 1 g，將試樣置于鋪有4.0 g NaOH 的銀坩堝中，表面覆蓋4.0 g NaOH，置于高溫爐中，高溫爐初始溫度低于200 ℃，緩慢升溫至670 ℃并保持10 min，取出后用鹽酸溶液和熱水將樣品轉移至250 mL燒杯中，并加入濃鹽酸30 mL，冷卻后轉移至250 mL 容量瓶中，用水稀釋至刻度，搖勻，用慢速濾紙干過濾，待測。

微波消解法：稱取試樣0.1～0.5 g，精確至0.000 1 g，將試樣置于高溫壓力密封消解罐中，加水潤濕，加入鹽酸20 mL、硝酸7 mL，搖勻，待無明顯氣泡產生時，將密封消解罐擰緊，放入高溫高壓微波消解爐中，設置升溫程序，在約10 min內使溫度從室溫上升到150 ℃，保持10 min，繼續升溫至180 ℃（升溫時間約5 min），保持10 min。消化后冷卻至室溫，將消化液轉移到250 mL 容量瓶中，用水稀釋至刻度，搖勻，用慢速濾紙干過濾，待測。

1.4 標準曲線繪制

分別吸取100 μg/mL 磷、鈣標準溶液0、2.00、4.00、6.00、8.00 mL于5個容量瓶中，1 000 μg/mL 磷標準溶液1.00、2.00 mL，1 000 μg/mL 鈣標準溶液1.00、3.00 mL于2個100 mL容量瓶中，加入鹽酸3 mL，用水定容，混勻。分別吸取100 μg/mL 鎂、鐵、鋁、鉀、鈉標準溶液0、2.00、4.00、6.00、8.00、10.00 mL 于6 個100 mL 容量瓶中，加入鹽酸3 mL，用水定容，混勻。吸取100 μg/mL 硫標準溶液0、2.00、4.00、6.00、8.00、10.00 mL 于6 個100 mL 容量瓶中，加入鹽酸3 mL，用水定容，混勻。用ICP-AES 在推薦譜線波長處測定各標準溶液的輻射強度。以各標準溶液中被測元素質量濃度為橫坐標，相應的輻射強度為縱坐標，繪制標準曲線。

1.5 樣品測定

根據被測元素的質量分數，從制備的試樣溶液中分取一定體積試液，置于100 mL 容量瓶中，加入鹽酸3 mL，用水定容，混勻。用ICP-AES在與標準系列溶液相同的條件下，測得各元素的輻射強度，并在標準曲線上查出相應的質量濃度。

空白實驗：除不加試樣外，其他步驟同試樣溶液的測定。

2 結果與討論

2.1 樣品預處理方法選擇

對磷精礦的3 種預處理方法測定結果進行對比，結果見表1。磷、鎂、鈣、鐵4 種元素含量測定采用酸溶、堿熔、微波消解法均可行；鋁、硫用酸溶法制備的溶液檢測結果偏低；堿熔法可以充分熔解樣品，但在熔融過程中加入數倍的氫氧化鈉，因此該法制備的溶液不能測鉀、鈉，且酸化后會導致樣品溶液中的鹽分過多，而ICP-AES 霧化器對樣品溶液的鹽分有要求，一般要求其質量分數不超過10%，過高會堵塞霧化器。微波消解法引進的雜質少，檢測結果整體可靠。以下實驗選擇微波消解法作為樣品預處理方法。

表1 3種樣品預處理方法對比

2.2 分析譜線的選擇

電感耦合等離子體發射光譜儀針對每一種元素都有數條可供選擇的分析譜線，實驗采用ICAP 單標法檢測各個項目，從相關系數、檢測的標準差及樣品數據對照結果綜合考慮，選擇干擾少、背景比高的譜線為推薦分析線。磷、鎂、鈣、鐵、鋁、鉀、鈉、硫推薦譜線波長分別為213.618、279.553、317.933、 234.349、 396.152、 766.490、 589.592、182.624 nm。

2.3 檢出限和相關系數

各元素標準曲線的線性范圍、線性方程、相關系數和檢出限見表2。

表2 各元素的線性方程

從表2 可以看出，各元素標準曲線相關系數均達到0.999 以上，即表明相關性很高；8 種元素的檢出限均低于0.07 μg/mL，符合國家的檢出限標準要求。

2.4 精密度實驗

在同等儀器設定條件下，采用ICP-AES 法對元素含量不同的兩組樣品進行測定，每個樣品平行測定6 次，檢測結果見表3。從表3 可知，當磷精礦中各元素質量濃度大于0.5 μg/mL 時，各元素測定結果的相對標準偏差均在8.0%以內。當鉀、鈉、硫3 種元素質量濃度小于0.5 μg/mL 時，建議單獨進樣測定，并增大進樣量。ICP-AES 法可以適用于磷精礦中8種元素的檢測。

表3 精密度實驗結果

2.5 準確度實驗

為了進一步驗證ICP-AES 法檢測結果的可靠性，做加標回收實驗，結果見表4。實驗結果表明各元素回收率在97%～101%，能夠滿足檢測要求。

表4 準確度實驗結果

3 結語

采用ICP-AES 法對磷精礦中磷、鎂、鈣、鐵、鋁、鉀、鈉、硫元素進行測定，并優化了測定條件。采用微波消解法對樣品進行預處理，避免了酸溶預處理導致樣品分解不完全和堿熔法對儀器的影響。方法簡單、快速、高效，檢出限低，精密度好，準確度高，能夠滿足磷精礦中8 種元素的檢測要求。