电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)测定玄武岩中的8种微量元素

孙友宝 孙媛媛 马晓玲 李 剑 陈建立 黄涛宏 曹 磊

(1 岛津全球应用技术支持中心 上海 200052；2 常州工程职业技术学院 材料工程技术系，江苏 常州 213164)

0 引言

在油气勘探领域，岩石样品中除构成有机质的C，H，O，N，S等元素以外，还含有一些常量元素和微量元素。利用生物标志化合物在沉积岩中的分布和变化，结合元素的分布和变化，可以有效地判定沉积环境、划分地层、研究生油条件等[1-2]。玄武岩属基性火山岩，是地球洋壳和月球月海的最主要组成物质，也是地球陆壳和月球月陆的重要组成物质。

全岩样品中各元素的准确测试是地球科学研究的重要手段和依据，微量元素可作为地质-地球化学的指示剂，在解决当代地球科学的基础理论问题、为人类提供足够资源和良好生存环境等方面发挥重要作用。

采用封闭压力硝酸-盐酸-氢氟酸酸溶法[3-7]前处理玄武岩样品，将文献方法中的称样量25 mg加大至100 mg，有效地解决了取样代表性和部分元素分析结果偏低的问题，可准确测定岩石、土壤、沉积物中多种元素。

1 实验部分

1.1 仪器

ICPE-9000全谱发射光谱仪(日本 岛津制作所)：采用同心雾化器和旋流雾室。分析测定条件为高频频率：27.12 MHz；高频发生器功率：1.2 kW；等离子气流速：10 L/min；辅助气流量：0.6 L/min；载气流量：0.7 L/min；矩管类型：Mini；观测方向：轴向和纵向自动切换(高低含量元素同时分析)。

1.2 实验试剂

硝酸、盐酸、氢氟酸、高氯酸均为优级纯。高纯水：蒸馏水经Mili Q 纯化系统纯化，电导率达到18.2 MΩ·cm。等离子体光谱测定用各元素标准溶液浓度及组合见表1。

表1 标准曲线浓度Table 1 The concentrations of the standard solutions /(mg·L-1)

注：*表示纵向观测

1.3 样品的前处理

精确称取0.100 0 g 试样于封闭溶样器的聚四氟乙烯内罐中，加入1 mL HNO3，2 mL HF，盖上聚四氟乙烯上盖，装入钢套中，拧紧钢套盖。将高压消解罐放入烘箱中，190 ℃下保持48 h。冷却后，取出聚四氟乙烯内罐，在电热板上于165 ℃蒸发至干。然后再加入1 mL HNO3蒸发至干，此步骤再重复一次。最后，加入5 mL HCl(6 mol/L)，再次封闭于钢套中，150 ℃保持5 h，冷却后定容至25 mL，摇匀待测。

2 结果与讨论

2.1 提取溶剂的选择

在地质样品的处理过程中，王水是一种很好的复溶提取剂，它不仅有强的氧化性，而且还有Cl-的络合作用，被广泛用于电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)、电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-AES)测定化探样品中的多元素时的复溶提取剂。但在实验中发现，密封酸溶中，使用王水复溶提取，在高温高压状态下会产生大量气体并溢出，严重影响密封效果。因而实验选用HCl作为复溶提取剂。

2.2 标准曲线配制

使用8%盐酸配制Ba，Ce，Cr，Mn，Ni、Sr，V和Zn的不同浓度标准溶液于100 mL容量瓶中，如表1。

2.3 谱线选择和背景扣除

利用仪器的性能对每种待测元素选定的2～3条谱线进行测定并进行背景扣除，然后利用软件自动的功能分析每条谱线的发射强度，元素的检出限、共存元素对其干扰和该元素的线性范围，推荐测定元素的最佳谱线波长(见表2)。

表2 各元素最佳分析谱线和背景扣除点Table 2 Analytical spectral lines and background points

由于某种元素的测定值会与主成分元素等测定元素以外元素的光谱线发生交叠，分析值有时会产生误差。元素间校正是指对此影响进行校正。为扣除共存元素对各分析元素的干扰，采用干扰元素校正系数法，即求出共存元素对各元素的干扰校正系数Lj，将Lj代入(1)式对分析结果进行校正。

I=I0-∑LjIj

(1)

I—测定元素的校正后强度；I0—测定元素的校正前强度；Lj—元素间校正系数；Ij—干扰元素的强度。

实验选择GBW07105标准物质中的高含量元素进行干扰实验，根据干扰实验确认干扰元素和被干扰元素，并求出干扰系数的初步值。从实验结果来看，被干扰元素主要有Ce元素，需要使用Fe(300 mg/L，235.489 nm)的单元素溶液进行干扰校正。根据公式(1)软件对干扰元素自动进行结果校正。元素间干扰校正系数的使用，基本消除了共存元素的谱线干扰；以背景校正法消除背景干扰。

2.4 样品分析结果及检出限和精密度实验

使用ICP-AES法直接测量玄武岩标准品中的各元素，同时对样品空白的分析元素进行10次测定，软件中设置[显示定量下限]，标准曲线自动计算各元素的检出限(3σ)，见表3。实验结果表明，分析结果与标准值吻合，分析结果见表4。

表3 各元素的方法检出限Table 3 Detection limits of the method

表4 玄武岩GBW07105样品分析结果Table 4 Analysis results of basalt standard reference materials(n=6) /(μg·g-1)

3 结语

采用硝酸-盐酸-氢氟酸高压封闭消解前处理玄武岩样品，ICP-AES法测定了玄武岩GBW07105标准物质中的8种金属元素的含量。实验结果表明，方法线性相关系数良好r>0.999 94，RSD均小于2.0%(n=6)，该方法检出限低，简便快捷，分析结果与标准值相吻合，一次溶样可同时测定多种金属元素，方法完全能满足岩石、土壤、沉积物中多个元素的检测需求。

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