高压消解-电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)法测定地质样品中的铌和钽

胡 明 万 兵 任志海 李树强 王杰民

(1吉林省有色金属地质勘查局六O八队 实验室，长春 130500；2吉林省第六地质调查所 实验室，吉林 延吉133001；3吉林省第五地质调查所 实验室，长春 130500)

高压消解-电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)法测定地质样品中的铌和钽

胡 明1万 兵2任志海3李树强3王杰民3

(1吉林省有色金属地质勘查局六O八队 实验室，长春 130500；2吉林省第六地质调查所 实验室，吉林 延吉133001；3吉林省第五地质调查所 实验室，长春 130500)

建立了运用硝酸-硫酸-氢氟酸体系高压消解样品，电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)法测定地质样品中铌和钽含量的方法。研究了样品消解体系、样品消解时间、溶液的介质、内标元素等对测定的影响。Nb的方法检出限为0.027 μg/g，Ta的方法检出限为0.015 μg/g。Nb测定的相对标准偏差(RSD)为3.3%；Ta测定的相对标准偏差(RSD)为2.5%。经标准物质验证，分析结果令人满意，可适用于大批量地质样品中铌和钽的测定。

ICP-MS；铌；钽；地质样品

0 前言

铌和钽在自然界中密切共生，它们的化学性质和物理性质有许多类似之处，因而常在同一矿物中出现。铌和钽具有强度高、耐腐蚀性、导热、超导、单极导电和吸收气体等特性，在导弹、火箭、核武器、电子技术、航空、原子能工业等领域有着重要用途，因而准确测定地质样品中的铌和钽的含量有着重要意义。目前测定铌和钽的主要方法有电感耦合等离子体原子发射光谱法[1-4]、分光光度法[5-6]、电感耦合等离子体质谱法[7]和X射线荧光光谱法[8]等。上述方法大多是采用分离富集的方法进行检测，流程较长，不适合大批量样品的分析测定。利用电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)法灵敏度高、检出限低和抗干扰能力强等优点[9]，建立了用电感耦合等离子体质谱法同时测定地质样品中铌和钽含量的方法。方法简便、快捷,结果满足分析测定要求。

1 实验部分

1.1 仪器与设备

电感耦合等离子体质谱仪(美国赛默飞世尔科技公司)；防腐高压消解罐和防腐烘箱(广州济科仪器科技有限公司)。

1.2 试剂与标准溶液

岩石成分分析标准物质(地质矿产部岩矿测试研究所)；铌标准储备溶液(1 000 μg/mL)和钽标准储备溶液(1 000 μg/mL)，均为国家有色金属及电子材料分析测试中心产品；酒石酸(AR)、硫酸(GR)、硝酸(GR)、氢氟酸(GR)、盐酸(GR)，均为西陇化工股份有限公司产品；纯水，电阻率大于18 MΩ·cm去离子水。

1.3 分析方法

准确称取0.10 g(精确至0.000 1 g)样品于防腐高压消解罐中，加入3 mL HNO3、5 mL HF、1 mL H2SO4(1+1)，盖上盖子，放于防腐烘箱中，从低温升至120 ℃并保持1.5 h，取出，于控温电热板蒸至白烟冒尽，用酒石酸溶液(6%)转移至50.0 mL容量瓶中，冷却，稀释至刻度后摇匀，待测。

2 结果与讨论

2.1 消解时间的选择

消解时间的长短影响消解的效果，时间过短，样品消解不完全，导致测定结果偏低；过长，浪费时间和电力，导致分析效率降低，因此对消解时间进行优化是有必要的。选取了GBW07103、GBW07104、GBW07105、GBW0106、GBW0107、GBW0108等6个岩石成分分析标准物质，设定消解温度为120 ℃，考察不同的消解时间对不同含量的铌和钽消解效果的影响。由表1和表2中可以看出，当消解时间为1.5 h时，测定结果与标准值相对误差较小。故实验选择消解时间为1 h。

表1 消解时间对铌测定的影响Table 1 Effects of dissolution time on Nb determination /(μg·g-1)

表2 消解时间对钽测定的影响Table 2 Effects of dissolution time on Ta determination /(μg·g-1)

2.2 试样的消解

含有铌钽地质样品的消解方法有酸消解、酸性熔剂消解和碱性熔剂消解等方法，由于酸性熔剂消解和碱性熔剂消解会引入大量的盐类，需采用分离富集方法来消除测定干扰。故实验采用酸消解，通过大量实验得出，硝酸-氢氟酸-硫酸为实验选择的最佳消解体系。

2.3 内标选择

电感耦合等离子体质谱法在测定地质样品中铌和钽时存在着基体干扰。因此选择合适的内标元素来消除干扰是必要的。根据内标元素选取原则：被测元素与内标元素质量数要相近；被测元素与内标元素的电离能要相近；被测元素中不含内标元素或者所含内标元素量可以忽略不计。根据选取原则和表3实验结果，综合考虑后选取Rh作为内标元素,实验结果令人满意。

表3 待测元素和内标元素的质量数和电离能Table 3 Mass and ionization energy for the analyzed element and internal standard element

2.4 介质的选择

Nb、Ta易水解，实验通过加入酒石酸介质防止水解。分别移取1 mL铌和钽混合标准溶液(10.0 μg/mL)于5个25.0 mL容量瓶内，保持各自瓶中酒石酸体积分数为2%、4%、6%、8%、10%，实验结果见表4。

由表4可知，实验选取酒石酸体积分数为6%较适宜。

表4 不同介质对样品测定的影响Table 4 Effects of different media on sample determination /(μg·g-1)

2.5 方法检出限和精密度实验

按照实验方法制备一个空白溶液，进行11次平行测定，k值取3，计算分析方法的检出限；对Nb和Ta混合标准溶液(100 ng/mL)进行11次平行测定，计算方法的相对标准偏差(RSD)见表5。

表5 检出限和精密度

Table 5 Detection limit and precision/(μg·g-1)

元素ElementsNbTa检出限Detectionlimit00270015测定限Determinationlimit00900050RSD/%3325

2.6 准确度实验

选用土壤国家一级标准物质GBW07401至GBW07408系、国家一级标准物质GBW07301至GBW07308分析对照，结果见表6和表7。

经土壤和水系沉积物标准物质验证，结果满足“地质矿产实验室测试质量管理规范”的要求。

表6 样品中铌的准确度实验Table 6 Accuracy tests for Nb /(μg·g-1)

表7 样品中钽的准确度实验Table 7 Accuracy tests for Ta /(μg·g-1)

3 结论

建立了高压消解-电感耦合等离子体质谱法测定地质样品中铌和钽的方法，经标准物质验证，获得了满意的结果。

[1] 李韶梅,王国增,赵军,等. 电感耦合等离子体原子发射光谱法测定铌铁中铌和钽[J].冶金分析(MetallurgicalAnalysis),2012,32(3):48-50.

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Determination of Niobium and Tantalum in Mineral by High PressureDissolution-Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry

HU Ming1, WAN Bing2, REN Zhihai3, LI Shuqiang3, WANG Jiemin3

(1.JilinNonferrousMetalsGeologicalExplorationBureau608TeamLaboratory,Changchun,Jilin130500,China;2.SixthLaboratoryoftheGeologicalSurveyInstitute,Yanji,Jilin133001,China;3.FifthLaboratoryoftheGeologicalSurveyInstitute,Changchun,Jilin130500,China)

A methodfor the determination of niobium and tantalum contents in mineral by ICP-MS was established in this paper. The samples were dissolved in HF-HNO3-H2SO4solution using high pressure digestion system. Effects of sample dissolution system, dissolution time, solution medium and internal standard element on determination results were studied. The detection limit of Nb was 0.027 μg/g and the detection limit of Ta was 0.015 μg/g. The relative standard deviation (RSD) of Nb is 3.3%; the RSD of Ta is 2.5%.The analytical results of the standard materials were satisfactory, which indicated that this method can be applied to analyze niobium and tantalum in large batches of geological samples.

ICP-MS; Nb; Ta; geological sample

2016-02-21

2016-05-09

胡明，男，高级工程师，主要从事岩石矿物分析研究。E-mail:huming608@163.com

10.3969/j.issn.2095-1035.2016.03.008

O657.63；TH843

A

2095-1035(2016)03-0035-04