ICP-AES同时测定铁矿石中铅、砷、锌、铜、钾*

王 伟，王 莹，潘春秀，杨 晴

(1 合肥海关，安徽 合肥 230071；2 安徽工业大学，安徽 马鞍山 243000)

铁矿石作为钢铁行业冶炼钢材的重要基础原料，需求量不断增长，对铁矿石中有害元素的含量进行分析需求也不断增加，建立矿产品中有害元素快速的检测方法极其重要的[1-2]。电感耦合等离子体发射光谱法(ICP-AES)是一种快速测定多种元素的方法，近年来已被广泛应用铁矿石中有害元素的测定[3-4]。目前常用的铁矿石样品处理方式有酸溶[2-4]和碱熔[5-7]，酸溶处理中包括硝酸、盐酸、硫酸、高氯酸以及氢氟酸的使用，通过混合酸加热或微波辅助消解后进行仪器分析，通常操作比较繁琐，样品分析时对仪器腐蚀严重，硫酸、高氯酸等使用对某些元素的测定干扰较大。碱熔的熔样方法较多，有碳酸钠-硼酸、碳酸钠-过氧化钠、碳酸钠-硼砂、过氧化钠、氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸锂-四硼酸锂等[5-7]。国家标准方法中采用的就是碱熔-ICP-AES测定铁矿石中的铝、钙、镁、锰、磷、硅和钛含量[2]。本文通过试验发现采用碳酸钠-四硼酸钠混合碱溶后ICP-AES可同时测定铁矿石中的铅、砷、锌、铜、钾含量，并对仪器的工作条件、实验基体、共存离子、精密度、检出限、加标回收率进行了讨论，选取了来自不同铁矿石标准样品和生产样品进行了实样分析，结果满意。

1 实 验

1.1 主要仪器和试剂

ICAP 6300电感耦合等离子体发射光谱仪，美国赛默飞世尔科技公司；铅、砷、锌、铜和钾元素均为单元素标准溶液，1000 μg/mL；实验试剂均为分析纯，实验用水为二次离子交换水。

1.2 仪器工作条件

电感耦合等离子体发射光谱仪工作条件如表1所示。

表1 仪器工作条件

1.3 实验方法

1.3.1 试样制备

预置0.8 g碳酸钠于铂坩埚中，准确称取0.5 g(精确至0.0001 g)预干燥试样置于坩埚中，用铂丝充分混匀。加入0.4 g四硼酸钠，用铂丝再次混匀，于800～900 ℃的高温炉中预熔混合物使之均匀。预熔后，将坩埚放入1020 ℃的高温炉中熔融15 min。取出坩埚，轻轻转动坩埚。冷却，将坩埚置于250 mL低壁烧杯中，加入40 mL盐酸(1+1)，30 mL水，于坩埚中加入搅拌磁子，盖上表面皿，在磁搅拌器-电热板加热并搅拌，至熔融物完全溶解。浸取温度保持在70 ℃左右。取出坩埚和搅拌磁子，用水冲洗干净，溶液冷却后定量转移至250 mL容量瓶中，用水稀释至刻度，摇匀，待测。

1.3.2 分析谱线的选择

根据不同分析谱线的吸收强度和成峰效果，最终选定待测各元素分析谱线见表2。

表2 各元素的分析谱线

1.3.3 标准曲线

准确称取5份0.5 g预干燥的高纯氧化铁按照样品溶解方法1.3.1，溶解后加入适量的逐级稀释的单元素标准溶液，得到6个混合标准溶液系列，此混合标准系列中铅、砷、锌、铜和钾浓度分别为0，0.2，0.5，1.0，2.0，5.0 μg/mL，在仪器上进行光谱测定，以净强度为Y轴，分析元素浓度为X轴作线性回归，计算相关系数，相关系数大于0.999。

2 结果与讨论

2.1 仪器工作条件的选择

试验了不同的雾化器压力(0.14～0.28 MPa)，RF发生器功率(950～1350 W)，辅助气流量(0.5～1.5 L/min)和分析泵速(25～125 rpm)条件下，试液中铅、砷、锌、铜和钾含量测试结果的影响和多次测定的稳定性，结果表明优化后的仪器工作条件见表1。

2.2 酸介质及浓度的选择

溶液的酸度种类影响待测金属元素谱线的吸收。本文实验了样品熔融后采用不同浓度的盐酸和硝酸浸取，盐酸的效果较好，故选取盐酸作为酸介质。并试验了不同浓度的盐酸浸取对测定的影响，结果表明，较小酸度范围内随着酸度增大，吸收强度有所增大，5%～8%的盐酸含量各元素吸收强度整体较稳定，本文选择用40 mL盐酸(1+1)浸取。

2.3 干扰实验

铁矿石中主要干扰元素有铁、硅、磷、铝、钛、钙、镁、锰等。铁基体干扰通过基体匹配能有效消除影响。而硅、钙、镁、铝等元素对待测元素分析的干扰，首先通过试验选择背景低、信背比高、干扰小的谱线为分析用谱线。在表2选择的分析谱线条件下，结合铁矿石及其产品中主要干扰元素的含量，通过在待测元素标准溶液中加入不同倍数浓度的干扰元素，测定加入前后光的强度，通过实验并计算表明，硅、钙、镁和铝等元素在表2所列的分析谱线对铅、砷、锌、铜和钾的测定基本无影响。

2.4 方法检出限

在优化后的测定条件下，重复测定标准系列中的空白溶液11次，取其3倍标准偏差所对应的浓度为各元素检出限，测定结果见表3。

表3 检出限(ng/mL)

2.5 精密度实验

选取三种不同的铁矿石标准样品和一个球团矿样品，按照本法进行不同批次测定10次，结果见表4。由表4可知，平行测定结果之间的相对标准偏差小于7%，该法精密度较高。

表4 精密度试验(n=10)

2.6 准确度试验

选取了10种不同种类铁矿石标准物质(包括铁矿石、烧结矿、球团矿、赤铁矿等)进行测定，测定结果见表5，测定值和标准值之间的相对误差见图1。由图1可知，各元素测定结果的相对误差在-10%到+10%之间，误差分布合理。该方法分析铁矿石、烧结矿、球团矿、赤铁矿等样品中的锌、铅、砷、铜和钾含量，测定结果均满足允许的误差要求。

表5 准确度实验(w/%)

图1 测定值与标准值的相对误差

2.7 回收实验

表6 回收率实验

进一步采用本法对球团矿生产样品各元素进行了回收率试验，结果见表6。各元素回收率在91.2%～115.6%之间。

3 结 论

采用碳酸钠-四硼酸钠熔融铁矿石样品，ICP-AES测定铅、砷、锌、铜、钾等有害元素含量，可以避免设备的腐蚀和损害，该法与GB/T 6730.63一起使用，可同时测定硅、磷、铝、钛、钙、镁、锰、铅、砷、锌、铜和钾等12种元素，提高了分析速度。方法的精密度和准确度均符合国家标准要求，满足大宗商品快速检验的需要。