电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)测定红土镍矿中的Cd、Co、Cu、Mg、Mn、Ni、Pb、Zn、Ca 9种元素

何飞顶 李华昌 冯先进

(1桂林理工大学,广西桂林 541004;2北京矿冶研究总院,北京 100044)

电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)测定红土镍矿中的Cd、Co、Cu、Mg、Mn、Ni、Pb、Zn、Ca 9种元素

何飞顶1李华昌2＊冯先进2

(1桂林理工大学,广西桂林 541004;2北京矿冶研究总院,北京 100044)

提出了使用电感耦合等离子体-原子发射光谱法同时测定红土镍矿中Cd、Co、Cu、Mg、Mn、Ni、Pb、Zn、Ca的分析方法。采用盐酸、硝酸和氢氟酸处理样品,以盐酸作为测定介质,在选定的仪器工作条件下直接测定。各元素的测定检出限为0.0001～0.0033μg/mL,相对标准偏差(RSD,n=6)为0.15%～1.89%。对样品进行加标回收试验,回收率在91.4%～107.2%之间。经比对试验证明,本法测定值与火焰原子吸收光谱法测定值一致。

红土镍矿;ICP-AES;多元素;同时测定

1 前言

镍元素作为一种不锈钢的主要合金元素主要来源于硫化镍矿和氧化镍矿[1]。在红土矿市场交易过程中,矿石元素含量的确定显得十分重要。对于矿石中的镉、钴、铜、镁、锰、镍、铅、锌、钙等元素的测定,常见的分析方法有滴定分析法[2-3]、原子吸收光谱法[4-7]、分光光度法[8-9]、X-射线荧光光谱法[10]等,上述分析方法除X-射线荧光光谱法外,多以单元素测定为主,不能进行多元素的同时测定,且样品的前处理过程比较繁琐;X-射线荧光光谱法虽然也能够对多元素进行分析,但它是一种相对的分析方法,其测定结果在很大程度上依赖于校准样品的制备。电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-AES)法具有干扰少、线性范围宽、工作效率高等优点,在矿石中的多元素检测中有较为广泛的应用[11-13]。本文采用ICP-A ES法测定了红土镍矿中的9种元素,其准确度和精密度都满足要求。

2 实验部分

2.1 仪器的工作条件

仪器采用IRIS Intrepid型全谱直读等离子体发射光谱仪(美国热电公司)。最佳仪器条件见表1。

表1 最佳仪器条件Table 1 The optimal instrument condition

2.2 试剂和标准溶液

标准储备液:各元素标准溶液均采用光谱纯的氧化物或金属经酸溶解,配制成浓度为1.00 mg/mL的盐酸(1+9)标准溶液。使用时,以盐酸(1+19)稀释,配制成所需浓度的标准溶液;

混合标准溶液:将标准储备液用盐酸(1+19)逐级稀释,各元素按表2的浓度梯度进行配制;

盐酸、硝酸和氢氟酸均为优级纯;

试验用水为二次蒸馏水;

样品由鲅鱼圈出入境检验检疫局提供。

表2 标准溶液系列含量Table 2 The elemental concentrations for the series of standard Solutions μg·mL-1

2.3 实验方法

准确称取0.1 g样品(精确至0.0001 g)置于200mL聚四氟乙烯烧杯中,加入3mL氢氟酸、15mL硝酸和5mL盐酸,在电热板上加热至近干,然后加入5 mL盐酸和适量的蒸馏水溶解盐类。取下冷却并移入100 mL容量瓶中,用蒸馏水稀释至刻度并混匀。分取5 mL上述溶液至50 mL容量瓶中,以盐酸(1+19)定容,待测。在仪器最佳测量条件下,将溶液引入仪器测量,以预设积分时间测定6次,取平均值,由工作曲线计算试样的质量百分数。

3 结果与讨论

3.1 分析谱线的选择

首先选取灵敏度较高的谱线,用混合标准溶液在各分析线波长处依次扫描并做对照,观察有无干扰峰,并记录谱线信号和背景强度,比较同一元素几条可选分析线的实验结果,从中选定无干扰和信背比高的谱线作为分析线。通过试验,本文选择的元素分析线见表3。

表3 元素的分析谱线Table 3 Analytical spectral lines of the elemen ts

3.2 干扰实验

在红土镍矿中铁和镁的含量波动范围很大。我们分别做了10、20、30、40、50μg/mL铁标准溶液和20、15、10、5、2μg/mL镁标准溶液对1μg/mL待测元素的干扰情况,又试验了铁、镁标准溶液依次混合对1μg/mL待测元素的干扰情况,结果表明在该含量范围内铁、镁对待测元素基本无干扰。样品中其它待测元素的含量均相对较低,待测元素之间的干扰较小,可以忽略。分别测定各待测标准溶液(5μg/mL)及混合标准工作溶液的谱线强度变化,试验结果经t检验,说明各待测元素间基本无干扰。

3.3 酸度的影响

本文以盐酸作为介质进行测定,试验了体积分数分别为2%、5%、10%、15%、20%等盐酸浓度对10μg/mL的Mg和5μg/mL的Ni、Mn、Ca、Pb、Co、Cu、Zn、Cd等待测元素的影响(见图1),试验表明盐酸对各待测元素基本无影响。本文选择以5%的盐酸浓度作为上机待测溶液的介质。

图1 盐酸介质对待测元素的影响Figure 1.Effects of hydrochloric acid media on the determ ined elements.

3.4 方法的检出限

通过谱线扫描选择分析线,绘制校准曲线后,对样品空白溶液连续测定11次,取3倍标准偏差所对应的浓度为各元素的检出限,本方法测得的曲线方程和检出限见表4。

表4 方法的曲线方程和检出限Table 4 Curve equationsand detection lim its of themethod

3.5 加标回收率

按照实验方法在样品中加入适量分析元素,在确定的仪器工作条件下,进行加标回收实验。实验结果列于表5。其回收率在91.4%～107.2%之间。

表5 回收率试验结果Table 5 The analytical results of recovery tests

3.6 精密度和比对实验

对样品进行精密度试验,每个样品连续测定6次,并与火焰原子吸收光谱法进行对照试验。结果见表6。

表6 精密度和对照试验Table 6 Precisions of themethod in the com parison test

4 结论

通过上述实验,表明采用盐酸、硝酸和氢氟酸溶解样品后,利用电感耦合等离子体发射光谱(ICPA ES)法测定红土镍矿中的Cd、Co、Cu、Mg、Mn、Ni、Pb、Zn、Ca,不仅具有较高的灵敏度和较低的检出限,而且方法简单、快速、准确,能够满足红土镍矿的日常分析要求。

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Simultaneous Determ ination of Cd,Co,Cu,Mg, Mn,Ni,Pb,Zn and Ca in Laterite Nickel Ore by Inductively Coupled Plasma Atom ic Em ission Spectrometry(ICP-AES)

HE Feiding1,LIHuachang2＊,FENG Xianjin2

(1.Guilin University of Technology,Guilin541004,China;2.Beijing General Research Institute of Mining and Metallurgy,Beijing100044,China)

A new analytical method w as p roposed to sim ultaneously determine Cd,Co,Cu,Mg,Mn,Ni, Pb,Zn and Ca in laterite nickel ore by inductively coup led p lasma atomic emission spectrometry(ICPAES).The samp les were first treated by hydrochloric acid,nitric acid and hydrofluoric acid and then determined by ICP-AES under op timal instrument conditions with hydrochloric acid as the testing medium. The detection lim its for each element w ere 0.0001%～0.0033μg/mLand the relative standard deviations (RSD,n=6)were 0.15%～1.89%.The recoveries for testing the spiked samp les were between 91.4%～107.2%.The comparison test showed that the values determined by ICP-A ESw ere consistent with those by flame atomic absorp tion spectrometry.

laterite nickel o re;ICP-A ES;m ulti-elements;sim ultaneous determination

李华昌,男,博士,教授级高工,主要从事冶金分析、高效分离富集、标准化等研究。E-mail:li_hc@bgrimm.com

O657.31

A

2095-1035(2011)02-0039-03

10.3969/j.issn.2095-1035.2011.02.0006

2010-12-27

2011-03-17

何飞顶,男,在读研究生。