电感耦合等离子体原子发射光谱法测定金矿石中铅锌砷铋镉汞

陈祝海

摘要：国家标准方法测定金矿石中的铅、锌、砷、铋、镉和汞需多次溶样，操作繁琐。研究建立了混合酸消解，电感耦合等离子体原子发射光谱法同时测定金矿石中铅、锌、砷、铋、镉和汞的分析方法。实验对混合酸加入量、氟化氢铵溶液加入量、消解温度、消解时间等影响因素进行了优化。该方法各元素加入标准物质回收率为98.0 %～104.0 %，测定结果的相对标准偏差（n=11）为0.60 %～4.76 %，且与国家标准方法测定结果一致，具有操作简单，一步消解、多元素同时测定，检测效率高等优点，适用于大批量金矿石样品的检测。

关键词：ICP-AES;金矿石;铅;锌;砷;铋;镉;汞

中图分类号：TD926.3 O657.31文献标志码：A开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

文章编号：1001-1277（2020）04-0079-04doi：10.11792/hj20200418

铅、锌、砷、铋、镉和汞等是金矿石中常见的伴生元素，这些杂质元素对提金生产工艺有一定的影响[1-4]，实际生产或需根据这些元素来选择或调整工艺参数。同时，这些重金属元素会对人体[5-7]和环境[8-9]产生危害和污染。金矿石化学分析方法系列国家标准[10-14]采用原子吸收光谱法、原子荧光光谱法、滴定法对铅、锌、砷、铋、镉和汞进行测定，但只能进行单一元素测定，在多元素分析时，需要多次溶样，且各元素的消解方式不尽相同，操作繁琐，耗时耗力，无法满足大批量样品的分析测试需求。电感耦合等离子体原子发射光谱（ICP-AES）法具有灵敏度高、线性范围宽、精密度好和多元素同时测定等优势，广泛应用于地矿、材料、冶金、环境、食品、化工等领域[15-16]。本文研究建立了混合酸一步消解，ICP-AES法同时测定金矿石中铅、锌、砷、铋、镉和汞的分析方法。该方法操作简单，可多元素同时检测，打破了单元素测定效率不高的瓶颈，且精密度和准确度良好，满足大批量金矿石样品分析的需求。

1 实验部分

1.1 仪 器

Optima5300DV 电感耦合等离子体原子发射光谱仪（美国PerkinElemer公司），其工作参数见表1，各元素推荐分析谱线见表2。

1.2 試 剂

硝酸（ρ=1.42 g/mL）、盐酸（ρ=1.19 g/mL）、高氯酸（ρ=1.76 g/mL）、酒石酸溶液（200 g/L）、氟化氢铵溶液（200 g/L）、混合酸（V（硝酸）∶V（盐酸）∶V（水）=3∶1∶4），均为分析纯。实验水为去离子水。

铅、锌、砷、铋、镉、汞单元素标准贮备溶液（1 000 μg/mL）、钇标准溶液（100 μg/mL），均购于国家标准物质研究中心。

铅、锌、砷、铋、镉、汞标准溶液A（100.0 μg/mL）：分别移取10.00 mL铅、锌、砷、铋、镉、汞单元素标准贮备溶液于100 mL容量瓶中，加入10 mL混合酸，用水稀释至刻度，混匀。

铅、锌、砷、铋、镉、汞标准溶液B（10.00 μg/mL）：分别移取10.00 mL铅、锌、砷、铋、镉、汞标准溶液A于100 mL容量瓶中，加入10 mL混合酸，用水稀释至刻度，混匀。

钇内标溶液（2.00 μg/mL）：移取10.00 mL钇标准溶液于500 mL容量瓶中，加入50 mL混合酸，用水稀释至刻度，混匀。

1.3 实验方法

称取0.25 g样品置于150 mL聚四氟乙烯烧杯中，用少量水润湿，加入10 mL混合酸、1 mL氟化氢铵溶液和1 mL酒石酸溶液，盖上聚四氟乙烯烧杯盖，待反应完成后，置于150 ℃～180 ℃电热板上加热，消解

1.5～2.0 h后取下，冷却至室温，用少量水冲洗烧杯盖及杯壁，将试液全部转移至50 mL容量瓶中，用水稀释至刻度，摇匀，静置澄清或干过滤。根据样品大致含量，分取适当体积上述试液于100 mL容量瓶中，加入2 mL酒石酸溶液、10 mL混合酸，用水稀释至刻度，混匀。试液于电感耦合等离子体原子发射光谱仪上，用钇内标溶液作为内标（选择波长371.029 nm），在选定的最佳工作条件下测定。随同做空白实验。

1.4 标准工作曲线绘制

分取相应的铅、锌、砷、铋、镉、汞标准溶液A或标准溶液B于1组100 mL容量瓶中，加入2 mL酒石酸溶液、10 mL混合酸，用水稀释至刻度，混匀。该系列标准工作溶液中铅、锌、砷质量浓度分别为0，0.10，0.50，1.00，5.00，10.00和20.00 μg/mL;铋、镉、汞质量浓度分别为0，0.10，0.30，0.50，1.00，3.00和5.00 μg/mL。

在与试液测定相同条件下，用钇内标溶液作为内标，以“零”标准溶液调零，测定系列标准工作溶液中各元素的光谱强度，以被测元素的质量浓度为横坐标，光谱强度为纵坐标，绘制工作曲线。

1.5 结果计算

铅、锌、砷、铋、镉和汞的质量分数计算公式为：

w（X）=（ρ-ρ0）Vm×V2[]V1×10-6×100 %（1）

式中：w（X）为铅、锌、砷、铋、镉和汞的质量分数（%）;ρ为试液中各元素的质量浓度（μg/mL）;ρ0为空白试液中各元素的质量浓度（μg/mL）;V为试液体积（mL）;m为样品质量（g）;V2为试液分取后定容体积（mL）;V1为试液分取体积（mL）。

2 结果与讨论

以实际样品（其中汞元素采用加入适当标准溶液的方式）进行单因素实验，探讨混合酸加入量、氟化氢铵溶液加入量、消解温度、消解时间对测定结果的影响，优化和选择最佳实验条件。在最优条件下，进行干扰实验、加入标准物质回收率实验、精密度实验和方法比对实验，以验证方法的准确度和精密度。

2.1 实验条件的确定

2.1.1 混合酸加入量

按实验步骤分别加入8 mL、10 mL和12 mL混合酸进行实验，结果见表3。由表3可知：混合酸加入量为8～12 mL时，样品测定结果没有显著性差异。为保证一定的酸度，选择混合酸加入量为10 mL。

2.1.2 氟化氢铵溶液加入量

按实验步骤分别加入0，1，2，3和4 mL氟化氢铵溶液进行实验，结果见表4。由表4可知：氟化氢铵溶液加入量为0～4 mL时，样品测定结果没有显著性差异。因此，为确保样品消解完全，选择氟化氢铵溶液加入量为1 mL。

2.1.3 消解温度

按实验步骤分别在120 ℃、150 ℃、180 ℃和220 ℃进行消解温度实验，结果见表5。由表5可知：消解温度在120 ℃～180 ℃时，样品测定结果没有显著性差异。消解温度为220 ℃时，对铅、锌、铋、镉和砷的测定结果无显著影响，但汞的测定结果明显偏低。这是因为过高的消解温度会造成汞的挥发，使得测定结果偏低。综合考虑，控制消解温度为150 ℃～180 ℃。

2.1.4 消解时间

按实验步骤分别在1.0 h、1.5 h、2.0 h和2.5 h进行消解时间实验，结果见表6。由表6可知：消解时间为1.0～2.5 h时，样品测定结果没有显著性差异。综合考虑，消解时间选择1.5～2.0 h。

2.2 共存元素干扰

按照确定的最佳实验条件，分别对2个金矿石样品（其中汞元素采用加入适当标准溶液的方式）进行全过程干扰实验，结果见表7。根据对国内部分黄金矿山的调研，主要共存元素按调研结果最大量的1.5倍加入，即Cu 37.5 mg、Fe 37.5 mg、Au 37.5 μg、Ag 187.5 μg。由表7可知：2个样品各元素加入干扰前后的相对偏差为-8.3 %～6.5 %，表明样品中主要共存元素对待测元素无明显干扰。

2.3 加入标准物质回收率

按照确定的实验条件，进行加入标准物质回收率实验。选用1个金矿石样品，分别加入5.0 μg和250.0 μg各元素，结果见表8。由表8可知：各元素加入标准物质回收率为98.0 %～104.0 %，表明方法具有較好的准确度。

2.4 方法的精密度

选用3个金矿石样品，分别加入相应的标准溶液，配制成不同金属含量的水平样品，进行梯度精密度实验。每个样品称取11份，按照实验方法进行测定，结果见表9。由表9可知：不同梯度的铅、锌、砷、铋、镉和汞测定结果的相对标准偏差分别为0.60 %～3.36 %、1.01 %～2.78 %、0.80 %～2.58 %、1.23 %～4.76 %、0.84 %～1.03 %、0.76 %～2.41 %，精密度良好，满足分析要求[17]。

2.5 方法对比

实验选用2个金矿石样品，分别采用本方法与国家标准方法[11-12，14]进行测定，结果见表10。由表10可知：本方法测定结果与国家标准方法测定结果没有显著性差异，具有良好的一致性。

3 结 语

混合酸消解-ICP-AES法可实现金矿石中铅、锌、砷、铋、镉和汞的同时测定，具有操作简单，干扰少，流程短，检测效率高等优点。在混合酸加入量为10 mL、氟化氢铵溶液加入量为1 mL、消解温度为150 ℃～180 ℃、消解时间为1.5～2.0 h条件下，铅、锌、砷、铋、镉和汞测定结果的相对标准偏差分别为0.60 %～3.36 %、1.01 %～2.78 %、0.80 %～2.58 %、1.23 %～4.76 %、0.84 %～1.03 %、0.76 %～2.41 %，加入标准物质回收率为98.0 %～104.0 %，具有良好的精密度和准确度。该方法能够满足金矿石中铅、锌、砷、铋、镉和汞的测定要求，可应用于大批量样品的分析，为矿物资源评价、工艺指标控制提供测定依据。

[参 考 文 献]

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Abstract：National standard testing method for Pb，Zn，As，Bi，Cd and Hg in gold ores is lengthy due to more than one sample dissolution.An analytical method was developed for simultaneous determination of Pb，Zn，As，Bi，Cd and Hg in gold ores by Inductively Coupled Plasma-Atomic Emission Spectroscopy with mixed acids digestion.The in-fluence factors were optimized such as the dosage of mixed acid，the dosage of ammonium bifluoride solution，the digestion temperature，and the digestion time.The recovery rate of standard addition of each element in the established method is 98.0 %-104.0 %.The relative standard deviation （n=11） is 0.60 %-4.76 %，which is consistent with national standard methods.The method is simple in operation and efficient in detection with one-step digestion for simultaneous determination of multiple elements，which could be applied to the detection of large quantities of samples.

Keywords：ICP-AES;gold ore;Pb;Zn;As;Bi;Cd;Hg