ICP测定多金属矿样品中铜、铅、锌、钨、钼、钴、镍等7种元素

李慧邦

西藏玉龙铜业股份有限公司，西藏昌都 856000

对于多金属矿中不同金属元素的测定方法众多，早期由于科学技术与仪器设备精度的限制而广泛使用的测定方法包括分光光度法、原子吸收法等，虽然上述测定方法在原理上有所不同，但是其在具体的分析与测定过程中通常需要很长的周期来完成复杂度较高的测定实验，同时这些方法在多元素同时测定方面具有很大的局限性，因此，近年来随着电感耦合等离子发射光谱法 （ICP） 等新型测定技术的推出而逐渐淡出金属元素测定领域。ICP在多金属矿中多种金属元素同时测量等领域具有显著的优越性，其测定准确度较高、灵敏度较好，能够非常敏感地检测出多金属矿中的金属含量，在矿产资源调查与综合评价中广泛应用。

1 实验材料与实验方法

电感耦合等离子发射光谱法的工作原理为：高频电流经感应线圈产生高频电磁场，使工作气体 （Ar） 电离形成火焰状放电高温等离子体，等离子体的最高温度10000K。试样溶液通过进样毛细管经蠕动泵作用进入雾化器雾化形成气溶胶，由载气引入高温等离子体，进行蒸发、原子化、激发、电离，并产生辐射，光源经过采光管进入狭缝、反光镜、棱镜、中阶梯光栅、准直镜形成二维光谱，谱线以光斑形式落在540×540个像素的CID检测器上，每个光斑覆盖几个像素，光谱仪通过测量落在像素上的光量子数来测量元素浓度，然后光量子数信号通过电路转换为数字信号通过电脑显示和打印机打印出结果。基于上述工作原理，本文以四酸溶矿分解试样，然后运用ICP方法以及电感耦合等离子发射光谱仪对试样中的不同金属进行测定。

1.1 实验材料与实验设备

本次实验所需的材料包括溶液、标准储备液、高纯水、消化用试剂，所需的仪器设备为电感耦合等离子发射光谱仪。高纯水作为实验过程的常用水，溶液可以采用国家的标准溶液，标准储备液由铜、铅、锌、钨、钼、钴、镍等7种元素构成，标准储备液的浓度为1mg/mL，电感耦合等离子发射光谱仪选择美国热电电感耦合等离子体光谱仪iCAP 6300，iCAP 6300设计紧凑、运行成本低，更容易操作，可以满足是当今很多实验室对仪器的关键要求。iCAP 6300采用最先进的计算机辅助设计和软件模拟技术使工程师开发出了独特革命性的超时代仪器，其体积小而性能极高，先进的设计保证其优异的稳定性和灵敏度，是常规分析的最佳选择，而同时也具有分析的灵活性，可以有效地应对各种分析要求的变化和条件的变化。iCAP 6300电感耦合等离子发射光谱仪的工作参数如表1所示。

1.2 试样预处理

在运用电感耦合等离子发射光谱仪对试样中的多种金属进行测定时，首先，需要对试样进行预处理操作，处理流程如下：首先称取0.1g的样本并将其放置到聚四氟乙烯烧杯容器中，然后向烧杯中添加5mL的盐酸与2ml的硝酸，将整个烧杯放置到控温电热板上，启动电热板对烧杯进行加热，其加热温度控制为110℃并加热1h；接着向烧杯中添加20mL的氢氟酸以及1mL的高氯酸，继续用控温电热板对烧杯加热，温度仍然控制在110℃，加温时长延长至2h，然后调节电热板使其温度不断上升，在温度到达130℃时持续加热约2h，继续调节电热板使其升温，直到电热板的温度达到180℃左右则停止加热，以彻底清除出烧杯中的高氯酸。待整个烧杯冷却下来后需要向烧杯中注入5mL的王水以及少量的高纯水，再次运用控温电热板对烧杯进行加热，使得烧杯中的所有物质全部溶解后关闭电热板，自然环境下待其冷却，然后将溶解后的物质进行过滤，并加水对其稀释使得水与过滤物的总容量达到100mL，对稀释溶液进行搅拌使得其浓度均衡，此时试样处理完成。此外，按照同样的条件配置试剂空白，处理加标溶液，用于后期测定回收率，详细步骤此处不再赘述。

2 ICP实验结果分析

2.1 试样测试结果

运用电感耦合等离子发射光谱仪对试样进行多金属测定，仪器测定的输出结果发现，每种金属元素的分析谱线多达数十条，对于同一种金属元素，采用不同的谱线对其加以测定与分析，由于同一金属元素的谱线之间以及不同金属元素的谱线之间存在干扰性，导致最终测定的结果存在较大的差异。针对这一问题，本实验首先对同一种金属元素的多条谱线形状进行分析，辅之以谱线的强度、背景强度、信噪比等作为参考依据，最终择定的每种金属元素的最佳谱线波长分别为：铜324.754nm、铅220.353nm、锌206.2nm、钨239.709nm、钼202.03nm、钴227.616nm、镍231.604nm。优化后的实验条件下，多金属矿标准样本总共有3个，分别对其含量进行测定，测定结果如下：1号样本中铜、铅、锌、钨、钼、钴、镍7种金属元素的含量分别为1.34%、0.033%、0.18%、0.0064%、0.065%、0.16%、1.53%；2号样本的金属含量分别为0.71%、0.072%、0.093%、0.065%、0.045%、0.28%、1.06%；3号样本的金属含量分别为0.2%、1.25%、2.5%、0.0014%、0.025%、0.0068%、0.00094%。

2.2 回收实验结果

从上述的3个样本中随机抽取两个样本 （1号样本与2号样本），每个样本称取两份，一份中加入标准溶液，另一份中不添加任何其他的溶液试剂，将两份样本按照相同的实验环境以及相同的实验步骤进行处理与含量测定，计算金属回收率，以1号样本为例，其加入标准溶液后的铜、铅、锌、钨、钼、钴、镍7种金属元素的回收率分别为98.5%、98.7%、97.3%、98.6%、98.2%、97.9%，实验结果表明本次实验中所择定的铜、铅、锌、钨、钼、钴、镍7种金属元素的谱线均可以有效避免同一元素以及元素之间的光谱干扰性，可以作为金属元素分析谱线。在回收实验中，为了减少或者消除光谱干扰、化学干扰等多种干扰。值得注意的是，由于等离子体的温度相对较高，因此，在对多金属进行ICP分析与测定时化学干扰相对较少，主要的干扰包括因表面粘度与张力而导致雾化器提升效率的差异进而诱发的物理干扰以及多种金属元素之间的光谱干扰；本次试验采用基体匹配法对物理干扰现象进行消除，采用回收实验判定最佳分析谱线，并通过改变择定的波长以及对样品的浓度进行稀释来降低或消除光谱干扰问题。

2.3 检出限与精密度

本实验采用配置好的空白溶液以及两个混合标准溶液绘制校准曲线，以三倍标准差计算方法检出限，铜、铅、锌、钨、钼、钴、镍7种金属元素的检出限分别为0.0018、0.0015、0.0023、0.0053、0.0061、0.0045、0.0048。为验证本次实验的精度，对用一个多金属矿样本进行连续重复测定，多次重复实验后计算不同次实验的结果偏差，铜、铅、锌、钨、钼、钴、镍7种金属元素的测定精密度分别为0.61%、0.73%、0.66%、1.86%、1.97%、2.12%、2.75%，计算结果表明，运用ICP方法可以精准测定多金属矿中铜、铅、锌、钨、钼、钴、镍等七种金属的含量。

3 结语

本文运用ICP方法以及电感耦合等离子发射光谱仪对不同组多金属矿中的金属元素进行测定，通过对其测定结果进行精度分析，验证ICP测定方法在同时测定多金属元素方面的有效性，实验结果表明运用ICP方法可以精准测定多金属矿中铜、铅、锌、钨、钼、钴、镍等七种金属的含量，具有操作方便简单的特性。