矿山地质勘查中原子吸收光谱法的应用

李志明

（中铁资源集团中心实验室，河北 廊坊 065000）

随着我国工业化进程的不断加快，矿产与能源需求量持续增加，传统金属矿地质勘查方式已不能满足矿山地质勘查要求。众所周知，原子是构成物质的本质，并以不同方式运动。原子内部运动可通过吸收能量、辐射等形式表现出来，原子光谱就是基于波长顺序排列的电磁辐射，原子吸收光谱法也由此产生。原子吸收光谱法在普通金属及重金属的化学分析中应用广泛，具有分析速度快、精密度高、抗干扰能力强等特点，适用于食品工业、石油化工、地质岩矿等领域[1]。近年来，我国经济发展迅速，为了更好地的满足人民生产生活对稀有金属元素的需求，金属矿的勘探与开发日益频繁，原子吸收光谱法在金属矿地质勘探领域的应用更加广泛。

1 原子吸收光谱法的设备仪器与工作原理

1.1 设备仪器分析

原子吸收光谱法是检测化学元素含量的重要方法，根据蒸汽相中待检测元素基态原子对共振辐射的吸收强度检测元素含量，以朗伯比尔定律为依据基于辐射特征谱线光的减弱程度实现对检测样本中待测元素实际含量的检测。矿山地质勘查中应用原子吸收光谱法需要借助原子吸收光谱仪，该仪器由光源、原子化器、分光系统、数据处理系统4个主要部分组成。

1.2 工作原理分析

原子吸收光谱仪根据蒸汽相中待检测元素基态原子对共振辐射的吸收强度，基于朗伯比尔定律原则对元素含量进行检测。其检测工作原理是基于待检测元素的基态原子能级跃迁。原子吸收是呈气态原子对同类原子辐射出的特征谱线所表现出的吸收现象。当辐射投射到原子蒸汽，如果原子由基态跃迁至激发态所需能量与辐射波长相等，则会引起原子对辐射的吸收，形成吸收光谱[2]。原子吸收光谱是根据朗伯比尔定律，实现对检测样本中化合物含量的确定。已知所需样品元素吸收光谱、摩尔吸光度、优先吸收特定波长的光，基于每种元素需消耗一定能量从基态转化至激发态，在进行原子吸收光谱法检测时基态原子吸收特征辐射，通过检测基态原子吸收特征辐射的程度，即可实现对检测样本中待测元素含量的测量[3]。矿山地质勘查中应用原子吸收光谱法应对待测元素进行处理，最为关键的一点是将待测元素转化为基态原子，完成原子化过程。

2 金属矿地质勘查应用原子吸收光谱法的流程

金属矿地质勘查中应用原子吸收光谱法，常用的原子化方式有石墨炉原子化器、空气-乙炔火焰原子化器，其中石墨炉原子化器的最高原子化温度为2800℃～3000℃，空气-乙炔火焰原子化器的最高原子化温度范围为1800℃～2200℃。在金属矿地质勘探中，原子吸收光谱法的实际应用流程如下：首先打开电源，空心阴极灯会发射出相应波长；然后采用火焰法，基于雾化器实现对检测样本的处理；雾化器处理完毕的检测样本至燃烧端口后，在乙炔作用下送至石墨管；高温状态下检测样本完成原子化过程；转化至气态原子的检测样本，经待测元素特征波长辐射照射，会引起少量辐射被基态原子吸收；分光系统进行选择后，由光电倍增管检测器进行检测，进一步得到辐射减弱情况，减弱的相应程度即原子吸光度。遵循朗伯比尔定律，在一定浓度下，原子吸光度与待测元素浓度为线性关系。

3 金属矿地质勘查应用原子吸收光谱法注意事项

在金属矿山地质勘查中，原子吸收光谱法可用于多种金属元素的测定，其中火焰原子吸收光谱法能够测得10-9g/ml数量级，而石墨炉原子吸收法能够测得10-13g/ml数量级。原子吸收光谱法因其结构简单、操作简便、易于掌握、价格低廉在金属矿地质勘查中被广泛应用，因其分析性能良好、发展速度快在金属矿地质勘查中被广泛推广。但该技术用于金属矿地质勘查也存在一定的不足之处，原子吸收光谱法的灵敏度高，但检出限较低，在多元素同时测定时尚有困难，一些元素的测定灵敏度还不能令人满意。为了提高原子吸收光谱法用于金属矿山地质勘查的准确度和灵敏度，应进一步明确原子吸收光谱法检测的注意事项。

首先结合金属矿地质特征，做好最佳条件的选择，选择吸收波长、原子化工作条件、空心阴极灯的预热时间、空心阴极灯的工作电流、火焰燃烧器试液提升量、火焰燃烧器火焰类型、火焰燃烧器高度、燃气助燃气的进气量、石墨炉操作时的惰性气体、石墨炉最佳原子化温度、光谱通带、检测器光电倍增管工作条件。其次注意结合金属矿地质特征，分析原子吸收光谱法应用时的干扰因素，制定干扰消除对策。通常情况下，金属矿山地质勘查中应用原子吸收光谱法主要存在背景干扰和化学干扰。背景干扰可以通过双波长法、自吸收法、塞曼效应法等消除；化学干扰可以通过改变火焰温度、加入缓冲剂、加入释放剂、加入保护络合剂等消除[4]。与此同时，在采用石墨炉方法进行金属矿地质勘查时，相对标准偏差RSD如大于11%，氩气瓶中内部压强应大于0.6MPa，纯度应大于99.1%，严密监测石墨管的移动、形变、阻塞、表面洁净情况，发现异常立即调整，并做好冷凝水温度与冷凝水水位异常情况的监测，确保检测仪器正常运行，确保检测方法正确、标准，确保检测结果可靠、稳定。在采用火焰原子吸收光谱法进行金属矿地质勘探时，应注意准确调控燃烧头的位置、燃气流量比例、雾化器实时运行状态，进行检测操作前应检查乙炔气瓶压强，压强小于0.6MPa时及时更换；在进行点火操作时缓慢打开乙炔气瓶，成功点然后缓慢、准确、合理地调整相关参数，防止爆炸的发生。

4 结语

金属矿山地质勘查中应用原子吸收光谱法在很大程度上促进了勘查工作的开发和创新。但在实施原子吸收光谱法检测时，需要相关工作人员做到科学合理操作，做好设备仪器的维护，落实原子吸收光谱检测的质量控制，才能保证测量信息的精确性。从而提高金属矿山地质勘查效率，为金属矿山资源的开发提供准确理论依据。