电感耦合等离子体原子发射光谱法（ICP-AES）测定铜磁铁矿中铜、锰、铝、钙、镁、钛和磷的含量

王艳君 蒋晓光 张彦甫 褚 宁

（鲅鱼圈出入境检验检疫局，辽宁营口115007）

电感耦合等离子体原子发射光谱法（ICP-AES）测定铜磁铁矿中铜、锰、铝、钙、镁、钛和磷的含量

王艳君 蒋晓光 张彦甫 褚 宁

（鲅鱼圈出入境检验检疫局，辽宁营口115007）

通过样品处理、干扰实验、方法检出限、准确度和精密度实验，确定了最佳实验条件，建立了电感耦合等离子体-原子发射光谱法（ICP-AES）测定铜磁铁矿中铜、锰、铝、钙、镁、钛和磷含量的方法。试料经盐酸、硝酸、氢氟酸、高氯酸分解，用盐酸溶解盐类，过滤，采用电感耦合等离子体原子发射光谱法同时测定滤液中铜、锰、铝、钙、镁、钛和磷的含量。方法检出限为锰、钛和磷小于0.00085%，其它元素小于0.0054%，分析结果与分光光度法、X射线荧光光谱法（XRF）和原子吸收光谱法（AAS）分析结果一致，8个实验室对5个水平样品进行协同实验给出了方法的精密度。

铜磁铁矿；ICP-AES法；铜；锰；铝；钙；镁；钛；磷

0 前言

金属矿产是国民经济、国民日常生活及国防工业、尖端技术和高科技产业必不可少的基础材料和重要的战略物质［1］。在我国云南东川，安徽安庆、怀宁、宁夏、鄂东、庐江、西藏尼雄，以及辽宁南部等均发现含铜磁铁矿床，并得到开发利用［2-4］。近年来，也有企业从国外大量进口铜磁铁矿，全国年利用铜磁铁矿数千万吨，铜磁铁矿已成为铜和铁冶炼的主要原料。

铜磁铁矿除含有较高的铜、硫和磷外，其主要成分为磁铁矿，通常参照铁矿石化学分析方法标准测定其化学成分，其中采用ICP-AES法测定铁矿石化学成分的标准方法有很多［5-6］，但铜磁铁矿主次成分范围大多偏离这些方法的测定范围。本文在这些标准方法的基础上参考相关文献［7-15］建立了电感耦合等离子体原子发射光谱法测定铜磁铁矿中铜、锰、铝、钙、镁、钛和磷含量的方法，方法精密度较好，并据此制定了有色金属行业标准［16］。

1 实验部分

1.1 主要仪器

ICPs-7510型电感耦合等离子体原子发射光谱仪（日本岛津公司），RF功率为1 200W，波长范围为160～850nm。

称量勺：非磁性材料或消磁的不锈钢制成。

1.2 主要试剂和材料

铜、锰、铝、钙、镁、钛、磷标 准储备溶液（1 000μg/mL）：按GB/T 602规定的方法分别配制铜、锰、铝、钙、镁、钛、磷元素的标准储备溶液。

铁基体溶液（30mg/mL）：称取4.285g三氧化二铁（高纯）于250mL烧杯中，加入25mL盐酸，加盖表面皿，于电热板上低温加热溶解，冷却，转移至100mL容量瓶中，用水稀释至刻度，混匀。

除非另有说明，所用试剂为分析纯级试剂、水为符合国家标准规定的二级水。

1.3 实验方法

1.3.1 试料制取

按照国家标准规定取制样［17］，样品粒度应不大于160μm。充分混匀，使用称量勺，称取0.20g（精确至0.000 1g）预干燥试样。

1.3.2 试料分解

将试料置于250mL聚四氟乙烯烧杯中，用水润湿，加入20mL盐酸、10mL硝酸，加盖表皿，在电热板上低温加热溶解约2h。稍冷，取下表皿，加入5mL氢氟酸、2mL高氯酸，继续加热至高氯酸白烟冒尽。取下稍冷，加入15mL盐酸（1＋1），用水吹洗杯壁，加热至盐类溶解，用中速滤纸过滤于100mL容量瓶中，用水稀释至刻度，混匀。

1.3.3 工作曲线的绘制

分别移取3mL铁基体溶液（30mg/mL）于6个100mL容量瓶中，加入表1规定量的标准储备溶液，用水稀释至刻度，得到标准系列溶液。

表1 标准溶液系列浓度Table 1 Concentrations of each elements in standard solution series /（μg·mL-1）

将仪器调节至最佳工作状态，按由低到高的顺序测定待测元素标准系列溶液的光谱强度。待测元素标准系列溶液的光谱强度减去“零”浓度标准溶液中的光谱强度为净光谱强度。以净光谱强度为纵坐标，以元素质量浓度为横坐标，绘制各待测元素标准曲线。

1.3.4 测定

在仪器的最佳工作条件下，测定试料溶液中各待测元素的光谱强度，从标准曲线上查出试料溶液中各待测元素的浓度。当钙和磷含量大于2.5%时，将溶液稀释适当的倍数进行测试。随同试料分析进行空白实验。

2 结果与讨论

2.1 试样

由于铜磁铁矿中硫含量较高（0.5%～7.0%），样品应制备至160μm，表2为铜磁铁矿的化学成分，实验选用了能代表铜磁铁矿化学组成5个水平的样品。

2.2 仪器测量条件

利用电感耦合等离子体发射光谱仪的优化程序，考察了射频发生器功率、雾化气流量、辅助气流量、冷却气流量、观察高度、试液流速等对被测元素谱线发射强度的影响，选择了折衷的仪器测量参数：观察高度为Hi，雾化气流量为1.20L/min，辅助气流量为0.70L/min，冷却气流量为14.0L/min。

根据试样中待测元素含量、基体干忧情况以及实际样品的测定情况确定分析线为：Cu 327.396nm，Mn 257.610nm，Al 396.153nm，Ca 317.933nm，Mg 280.271nm，Ti 334.941nm，P 178.287nm。

表2 铜磁铁矿样品的主要成分Table 2 Main components in copper magnetite /%

2.3 溶解方法

根据铜磁铁矿的性质和组成，实验选择盐酸和硝酸溶解样品，加入氢氟酸和高氯酸挥发试样中的硅。考察了不同比例酸的溶样效果，实验选择加入20mL盐酸、10mL硝酸、5mL氢氟酸、2mL高氯酸溶解样品。

为了验证溶样方法的可靠性，对酸溶过滤后的残渣进行了进一步处理。将过滤后的试纸置于铂坩埚中，在800℃马弗炉中灰化、灼烧约30min，取出冷却至室温后，加几滴水润湿，加入0.5mL高氯酸、5mL氢氟酸，在电热板上加热至白烟冒尽。加入3g焦硫酸钾，在800℃马弗炉中熔融约10min，取出冷却，用30mL盐酸（1＋4）浸出，将溶液转移至100mL容量瓶中，定容，分析残渣中被测物残留量，残渣中被测物残留分析结果见表3。

表3 残渣中被测物分析结果Table 3 Analytical results of elements determined in residue /%

从表3中数据可以看出，残渣中各被测物残留量为0或接近于0，所以残渣可以不必处理，直接用滤液测定不影响测定结果。

2.4 基体干扰实验

样品中除被测组分外，主要成分是铁（40%～60%）和二氧化硅，而大部分二氧化硅已经挥发除去，所以只考察铁对待测元素的干扰情况即可。实验配制了0，0.1，0.5，1.0，2.0，4.0mg/mL铁系列标准溶液，观察铁对5μg/mL待测元素的干扰情况，实验数据见表4。由表4中数据可知，铁的存在对待测元素的干扰基本是一致的。实验采用基体匹配法消除铁的干扰。

表4 铁对测定结果的影响Table 4 Interference of iron on determination results/（mg·mL-1）

2.5 检出限、测定下限实验

以11次空白实验结果的标准偏差计算本方法检出限（MDL），以4倍检出限作为测定下限，各元素的检出限和测定下限见表5。

表5 检出限和测量下限Table 5 Limits of detection and lower limit of detection for each element detection /%

2.6 重复性实验

以5个选定的样品分别进行11次独立测定，测定结果见表6。重复性结果满足要求。

表6 重复性实验结果Table 6 Repeatability test of the method /%

2.7 准确度实验

选取两个铜磁铁矿标准样品，用该标准方法对其中的铜、锰、铝、钙、镁、钛、磷元素进行测定，测定结果与标准值的比较见表7。

表7 标准物质分析结果Table 7 Analysis results of elements determined in standard reference materials /%

2.8 不同方法比对

多个实验室采用不同方法对铜、锰、铝、钙、镁、钛、磷元素进行精密度实验，实验结果见表8，结果表明本方法与其它方法测定结果一致。

2.9 精密度实验

由8个实验室对5个水平铜磁铁矿试样分别进行了5次独立测定，得出了表9所列的方法精密度。在表格中，m为待测元素测定结果的算术平均值，r为重复性限，R为再现性限。

3 结论

通过仪器测量条件、溶样方法、基体干扰、检出限、重复性、准确性和精密度实验确定了方法的最佳实验条件，建立了ICP-AES法测定铜磁铁矿中铜、锰、铝、钙、镁、钛、磷含量的方法。方法检出限：锰、钛和磷小于0.00085%，其它元素小于0.0054%，分析结果与分光光度法、XRF法和AAS法分析结果一致，8个实验室对5个水平样品进行协同实验给出了方法的精密度。

表8 不同方法试验结果比对Table 8 Results comparison between this method and other methods /%

表9 方法精密度实验Table 9 Precisions test of the method /%

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［16］中华人民共和国工业和信息化部.YS/T 1047.7—2015铜磁铁化学分析方法 第7部分：铜、锰、铝、钙、镁、钛、磷量的测定 电感耦合等离子体原子发射光谱法［S］.北京：中国标准出版社，2015.

［17］国家质量技术监督局.GB/T 10322.1—2000铁矿石取样和制样方法［S］.北京：中国标准出版社，2000.

Determination of Cu，Mn，Al，Ca，Mg，Ti and P in Copper Magnetite by Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectrometry（ICP-AES）

WANG Yanjun，JIANG Xiaoguang，ZHANG Yanfu，CHU Ning
（BayuquanEntry-ExitInspectionandQuarantine，Yingkou，Liaoning115007，China）

A method for the determination of Cu，Mn，Al，Ca，Mg，Ti and P in copper magnetite was established by inductively coupled plasma atomic emission spectrometry（ICP-AES）.The optimum experimental conditions were studied and optimized through sample treatment，interference test，method detection limit，accuracy and precisions test.The samples were digested with hydrochloric acid，nitric acid，hydrofluoric acid and perchloric acid.The contents of Cu，Mn，Al，Ca，Mg，Ti and P in filtrate were simultaneously determined by ICP-AES after the salts were dissolved by hydrochloric acid and the digestion solution was filtered.The method detection limits for Mn，Ti and P were less than 0.00085%，and for Cu，Al，Ca and Mg were less than 0.0054%.The results obtained by ICP-AES were in agreement with those obtained by spectrophotometry，XRF and AAS.Analytical results of precisions test were verified by 8different laboratories（5parallel samples）.

copper magnetite；determination；inductively coupled plasma atomic emission spectrometry（ICPAES）；copper；manganese；aluminum；calcium；magnesium；titanium；phosphorus

O657.31；TH744.11

A

2095-1035（2015）03-0064-06

2015-03-15

2015-04-09

工信部行业标准计划项目（2013-0347T-YS）资助

王艳君，女，高级工程师，主要从事金属材料和矿产品化学分析研究。E-mail：jxg6151117＠sohu.com

10.3969/j.issn.2095-1035.2015.03.015