电感耦合等离子体原子发射光谱法同时测定多金属矿石中氧化钙、氧化镁、砷

2021-04-28韩俊丽王景凤隆英兰杨占菊

化学分析计量 2021年3期

韩俊丽，王景凤，隆英兰，杨占菊

(西部矿业集团科技发展有限公司，青海西部矿业工程技术研究有限公司，青海省高原矿物加工工程与综合利用重点实验室，青海西矿同鑫化工有限公司，西宁 810006）

我国地理环境复杂，矿产资源丰富，就目前而言，比较常见的有100 多种岩石矿物质。矿物的元素组成及赋存状态决定了元素的矿物利用及其在表生条件下的地球化学行为［1–2］。含量较高的有价元素，工业上一般要求综合评价利用［3］，在社会经济中起主导作用。而微量元素的含量及矿物比值却是成矿作用的灵敏指示，是成矿预测与普查勘探研究的重要学科信息［4］。地质学家们经过长期不懈的努力，发现微量元素也可以形成自己独立的矿物。因此，准确、快速地测定岩石矿物中各种元素的含量，对于成矿预测、地质勘探研究，提高生产经济水平均具有重要意义［5–7］。

在传统的岩矿分析方法中，氧化钙、氧化镁、砷元素通常分项检测，其中氧化钙和氧化镁常采用原子吸收分光光度法和EDTA 滴定法［8］测定，砷采用原子荧光光谱法［9］测定。单元素测定需要多次溶样，操作过程繁琐，效率低，分析周期长。电感耦合等离子体原子发射光谱法具有精密度好，准确度高，检出限低，基体效应小，线性动态范围宽，分析速度快，可同时测定高、中、低含量及痕量组分，可多元素同时测定等诸多优点［10］，在食品、药品和环境检测分析领域得到广泛应用［11–19］。然而采用电感耦合等离子体原子发射光谱法同时测定多金属矿石中氧化钙、氧化镁、砷还未见报道。笔者结合等离子体的技术优势，通过试验研究，确定了最佳测定条件［20］，建立了电感耦合等离子体原子发射光谱法同时测定多金属矿石中氧化钙、氧化镁、砷的方法，解决了化学分析检测中工作效率低、检测成本高、劳动强度大等问题。

1 实验部分

1.1 主要仪器与试剂

电感耦合等离子体发射光谱仪：ICAP7000 型，配有可拆卸石英矩管和高盐雾化器，美国赛默飞世尔科技有限公司。

电子天平：ME204E 型，感量为0.000 1 g，瑞士梅特勒–托利多测量技术有限公司。

箱式电阻炉：RX2–14–13／1232 型，湖南长沙长实电炉厂。

烘箱：DHG–9070A 型，上海博讯实业有限公司医疗设备厂。

盐酸、硝酸、高氯酸、氢氟酸：均为优级纯，四川西陇科学有限公司。

高纯氩气：纯度不小于99.99%，西宁星炜气体工业有限责任公司。

三氧化二砷纯度标准物质：纯度为99，96%，编号为GBW(E) 060161，上海计量测试技术研究院。

氧化镁：纯度不小于99.99%，上海中泰化学试剂有限公司。

碳酸钙：纯度不小于99.99%，国药集团化学试剂有限公司。

多金属贫矿石成分分析标准物质：编号为GBW 07162（GSO–1），地球物理地球化学勘查研究所。

多金属矿石样品：西部矿业集团科技有限公司。实验用水为一级超纯水。

1.2 仪器工作条件

高频功率：1 150 W，辅助气：氩气，压力为0.70 MPa，流量为0.5 L／min；观测高度：12 mm；积分时间：30 s；观测方向：竖式；重复次数：3 次。

1.3 溶液配制

砷标准贮备溶液：100 μg／mL，准确称取0.132 0 g 经过100～105 ℃干燥2 h 的三氧化二砷纯度标准物质于250 mL 烧杯中，加入20 mL 超纯水，0.2 g 氢氧化钠，在电热板上加热溶解，取下，冷却，滴加2 滴1 g／L 酚酞指示剂，用1 mol／L 的盐酸溶液中和至红色褪去，将溶液转移至1 000 mL 容量瓶中，以超纯水定容至标线，混匀。

氧化镁标准贮备溶液：1 mg／mL，称取0.500 0 g 氧化镁于250 mL 烧杯中，加入少量超纯水润湿，加入10 mL 盐酸溶液（1+1），溶解完全，将溶液转移至500 mL 容量瓶中，用超纯水稀释并定容至标线，混匀。

氧化钙标准贮备溶液：1 mg／mL：称取0.892 3 g 经120 ℃烘干2 h 的碳酸钙于250 mL 烧杯中，加入20 mL 超纯水，沿壁分次加入少量盐酸溶液（1+1），溶解完全，再加入10 mL 盐酸溶液（1+1），煮沸，除去二氧化碳，冷却，将溶液转移至500 mL 容量瓶中，用超纯水稀释并定容至标线，混匀。

系列混合标准工作溶液：分别移取氧化镁和氧化钙标准贮备溶液各0、0.10、0.50、1.00、2.00 mL，砷标准贮备溶液0、0.50、1.00、5.00、10.00 mL 于5 只100 mL 容量瓶中，分别加入5 mL 硝酸，用超纯水定容至标线，摇匀，配制成系列混合标准工作溶液，其中氧化钙、氧化镁和砷的质量浓度见表1。

表1 系列混合标准工作溶液中氧化钙、氧化镁、砷的质量浓度

1.4 实验方法

准确称取0.100 0 g 多金属矿石样品于250 mL聚四氟乙烯烧杯中，加入少许超纯水润湿，然后加入10 mL 盐酸，置于电热板上于200 ℃左右加热溶解5 min，再加入5 mL 硝酸、5 mL 氢氟酸、5 mL 高氯酸，使试样溶解完全，加热蒸发至浓烟冒尽，取下冷却，加入5 mL 硝酸，用少量超纯水冲洗杯壁，加热至沸，取下冷却，将溶液转移至100 mL 容量瓶中，用超纯水定容至标线，摇匀，过滤，待测。随同试样做空白试验。

2 结果与讨论

2.1 分析谱线选择

消除光谱干扰最有效的方法是优选适宜的分析谱线。在选定的仪器工作条件下，通过对电感耦合等离子体中产生等离子体参数的研究，确定产生信背比最大的光谱参数［21］，3 种组分分别选择了干扰相对较少，强度较高的波长作为测定波长，结果见表2。

表2 分析谱线

2.2 溶解盐类介质选择

选用5%盐酸溶液和5%硝酸溶液作为介质溶解盐类，分别对多金属贫矿石成分分析标准物质GBW 07162（GSO–1）和实验室内部控制样品进行测试，结果见表3。由表3 可知，选用5%硝酸溶液溶解盐类时，测定结果准确度较高，故选择5%硝酸溶液作为作为介质溶解盐类。

表3 不同介质下各组分测定结果 %

2.3 线性方程与检出限

在1.2 仪器工作条件下，分别对1.3 中的系列混合标准工作溶液进行测定，以待测组分的质量浓度（x）为横坐标，以光谱强度（y）为纵坐标，绘制标准工作曲线，计算线性方程和相关系数。根据GB／T 23942–2009 《电感器耦合等离子体原子发射光谱法通则》对空白溶液连续测定11 次，计算标准偏差，以3 倍标准偏差所对应的浓度作为检出限。各组分的线性范围、线性方程、相关系数及检出限见表4。