浅析ICP—AES法测定灰岩中的铁硅铝元素

包振霞　李娟

摘要：文章通过筛选不同的称样量，采用氢氧化钠溶矿，用浓硝酸处理样品，用ICP-AES法测定灰岩中Fe、Si和Al三种元素，通过优选元素谱线、背景校正区域以及光谱仪工作条件来使仪器最优化。结果表明，称样量为0.1000g最佳，实验回收率为97.8%～100.6%，相对标准偏差≤2%（n=10），检出限≤0.04μg/mL。该方法测定灰岩组分中Fe、Si、Al三种元素快速、准确。

关键词：ICP-AES法；灰岩；组分分析；铁硅铝元素；称样量 文献标识码：A

中图分类号：TQ138 文章编号：1009-2374（2015）13-0160-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.13.080

石灰岩的主要化学成分是CaCO3，在工业上有重要的用途，如黑色冶金、有色冶金、水泥等，在这些用途之中不仅对石灰岩中钙和镁含量有要求，而且对其中的其他元素也有严格的要求，如有色冶金要求石灰岩中二氧化硅的含量必须小于等于2，电石要求石灰岩中二氧化硅的含量必须小于等于1%，三氧化二铝和三氧化二铁的含量必须小于等于1%，所以精确的测定石灰岩中所含的成分可谓重中之重。

传统测定铁有滴定法、分光光度法等，硅的测定主要有重量法和比色法。而重量法又分为不同的类型，有动物胶凝聚法、高氯酸硫酸脱水法、盐酸蒸干脱水法等，比色法主要是硅钼蓝光度法。铝的测定主要有重量法、滴定法、容量法和比色法等，实际工作中利用分光光度法对铝的测定较多，上述方法都存在分析步骤复杂、稳定性差、灵敏度低等不足。

电感藕合等离子发射光谱法，即ICP-AES法，是20世纪70年代发展起来的分析方法，它克服了传统测铁硅铝方法技术的诸多不足，适应了现代分析科学的发展要求，是一种操作简单、分析速度快、消耗试剂少的样品分析新技术，因其有快速、灵敏、干扰小、线性范围宽、重现性好以及多元素同时分析检测效率高等诸多优点而广泛应用于众多领域，例如在生物、化工、食品、环境、水质、冶金、医药等不同领域。本文通过氢氧化钠溶矿后，用浓硝酸处理样品，将溶液移入容量瓶中，然后上机待测，通过配制标准溶液绘制曲线，来测定元素的检出限、精密度、准确度和回收率，不仅大幅度地提高了分析效率，而且节省了大量的成本，能够实现一次溶样同时测定灰岩中铁、硅、铝，结果令人满意。用ICP-AES测定灰岩和沉积岩中元素含量的文献有相关的报道，但对测定灰岩中特定的铁硅铝的论文几乎空白，所以开展用电感耦合等离子体法测灰岩中Fe、Si和Al是非常有意义的工作。

1 实验材料与方法

1.1 实验材料与设备

溶液采用国家标准溶液。Fe、Si和Al三种标准储备液为1mg/L。所用试剂均为分析纯，实验室用水为二次去离子水，电阻率为18.2MΩ·cm。实验仪器采用美国产Thermo ICP-6300电感耦合等离子体发射光谱仪，仪器的最佳工作条件列于表1：

表1 等离子体发射光谱仪工作参数

入射功率 1.2kW 频率 27.12MHz

积分时间 10s Ar冷却气流量 14L/min

Ar辅助气流量 0.5L/min 雾化气流量 0.8L/min

试液提升量 2mL/min 观察高度 14mm

1.2 样品处理及混合标准溶液配制

准确称取0.1000g（精确至0.0001g）样品于银坩埚中，加入0.5000g氢氧化钠，仔细搅匀，置于已升温至650℃的高温炉熔融15分钟，取出坩埚，用水侵取，加5mL浓硝酸于烧杯中，洗净坩埚，煮沸溶解完全熔融物，移入100mL容量瓶中，用水定容至100mL，摇匀待测。取单元素标准储备液，恰当组合，配制成多元素混合标准溶液。由于ICP-AES其优点是可以同时测定多个元素，所以可以把多种待测元素配制在同一标准溶液中；金属元素易于被氧化，故标准溶液中加入5%HNO3溶液定容至100mL容量瓶中，配制标准溶液的浓度见表2：

表2 多元素混合标准溶液浓度（mg/L）

元素 Fe Al Si

STD1 0 0 0

STD2 10 10 10

STD3 20 20 20

设定仪器工作条件，建立分析方法，对标准溶液进行激发，建立标准曲线后，再进行样品分析。

2 实验结果与分析

2.1 谱线的选择分析

光谱干扰和基体效应是电感耦合等离子体发射光谱中最重要的干扰因素。通过选择合适的分析谱线和扣除背景干扰可以有效地消除光谱干扰，不仅每个元素都有多条特征谱线，不同的特征谱线的响应强度不同，并且所测元素之间的谱线也进行相互干扰，一般选择各元素的谱线有两个原则：一是选择的谱线的分析谱线不能受到其他选定谱线的干扰；二是选择的分析谱线应有较大的响应值。综合各灵敏度、干扰、分析线附近的背景等元素，经过多次试验，对图谱进行叠加、放大处理、研究其光谱干扰情况，最终选择了谱线干扰少、背景低、信噪比高、重复性好的谱线作为分析谱线，Fe、Al、Si元素波长（nm）分别为239.562、396.152、251.611。

2.2 方法检出限

检出限是仪器最重要的技术指标，是灵敏度和稳定性的综合指标。检出限是检出元素的极限浓度，用元素空白溶液测定结果标准偏差的K倍对应的浓度作为检出限，利用ICP-AES测定了灰岩中铁硅铝元素的工作曲线，对空白样品重复测定空白溶液11次，并计算标准偏差，以3倍标准偏差得出方法检出限（MDL），其结果见表3：

表3 分析元素检出限（μg/mL）

元素 分析线λ/nm 检出限（μg/mL）

Fe 239.562 0.023

Al 396.152 0.034endprint

Si 251.611 0.028

2.3 称样量

分别快速称取0.1000g、1.0000g、5.0000g的试样各三份放入样品于银坩埚中，分别加入一定量的氢氧化钠，仔细搅匀，置于已升温至650℃的高温炉熔融15分钟，取出坩埚，用水侵取，加入相应比例的浓硝酸于烧杯中，洗净坩埚，煮沸溶解完全熔融物，移入100mL容量瓶中，用水定容至100mL，作为母液待测。为使机体铁硅铝的浓度匹配，选择合适的稀释比例，定容，摇匀。用ICP-AES测定其含量，结果见表4：

表4 ICP-AES测定不同称样量灰岩中铁硅铝的含量（%）

称样量（g） Fe Al Si

0.1000 0.11 0.28 0.82

1.0000 0.14 0.24 0.86

5.0000 0.16 0.32 0.78

表4实验数据表明：取样量不同，试样中铁、铝、硅元素含量测定结果相差较大，因此称样量对测定结果有影响。况且ICP-AES分析时，要求待测试液盐量控制在2%以下，盐量过高，不仅会产生基体效应，谱线和背景干扰问题，最重要的是还容易造成仪器矩管的堵塞。所以溶解试样时所用氢氧化钠越少越好，这样会减少对仪器的危害。

2.4 方法精密度

为检验该方法的精密度，将各元素标准溶液稀释，取同一样品，按实验方法连续测定10次平行实验，计算其平均值和标准偏差，计算结果见表5。从表中的测定值可以看出，Fe、Al、Si三种元素相对标准偏差均小于2%，说明该方法在应用中精密度高。

表5 测试方法的相对标准偏差（RSD%）（n=10）

分析成分 ICP法（%） RSD（%）

Fe 0.11 0.56

Al 0.28 0.78

Si 0.82 1.23

2.5 实验回收率及标准物质对比测定结果

为了考核验证方法的可行性，对国家一级标准物质GBWO3105a、GBWO3106a用二次去离子水配制进行测定，其结果见表6。试验数据表明各元素的回收率在97.8%～100.6%之间，都在误差范围之内。

表6 实验回收率及标准物质对比测定结果（mg/L）

标准

物质 标准

浓度 Fe Al Si 回收率（%）

03105a 20 20.12 100.6

10 9.85 98.5

50 48.9 97.8

03106a 40 40.2 100.5

20 19.82 99.1

100 100.3 100.3

3 结语

本文采用氢氧化钠溶矿、浓硝酸处理样品、电感耦合等离子体发射光谱法测定灰岩中的铁、铝、硅三种元素，和传统的方法相比此方法所测的样品准确度高，精密度好，回收率高要优于传统方法，且操作简便，节省大量的成本，能大大提高工作效率，实验证明该方法简单、便捷，分析结果准确、可靠，适合日常对灰岩检验的需要。

参考文献

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作者简介：包振霞（1983-），女，甘肃白银人，供职于中国建材地勘中心甘肃总队，硕士，研究方向：地质实验测试。

（责任编辑：黄银芳）endprint