ICP-MS在稀土检测应用的探讨

周俊海 肖莉

1.江西南方稀土高技术股份有限公司 江西赣州 341000 2.江西离子型稀土工程技术研究有限公司 江西赣州 341000

ICP-MS是将ICP技术以及质谱技术结合在一起的分析方法，可以同时测定几十种痕量无机元素，对于稀土检测，利用ICP-MS能够更为高效可靠地得到相关数据。

1 ICP-MS简述

ICP-MS是电感耦合等离子体质谱的英文缩写，以电感耦合等离子体作为离子源，以质谱进行检测的分析技术。上世纪80年代分析化学领域将ICP和MS进行联合，创造出ICP-MS技术，是当时分析化学领域的一次最成功的创举。

利用ICP-MS进行分析，一般有四个步骤，第一是用样品的水溶液气溶胶形式进入氩气流之中，再进入氩等离子体中心区域。第二是等离子将样品溶液去溶液化、汽化解离和电离。第三，部分等离子在不同压力区影响下进入真空，并拉出正离子，按照其质荷比分离。检测器将离子转化为电子脉冲，再积分测量线路进行计数[1]。

ICP-MS的灵敏度好、背景信号低、检出限极低，分析的速度较快，一个样品的全元素测定大约只需要4分钟，一次测定线性范围可以覆盖9个数量级，并可提供同位素信息。

2 ICP-MS在稀土检测中的应用

稀土因为其物理化学性质而具备非常高的应用价值，在钢铁、有色金属、石化、医学、高新技术等领域有着广泛的应用，但稀土进入人体并且积蓄以后会产生一定的毒副作用，影响人体健康，如此引起稀土检测的新课题，特别是痕量和超痕量检测分析。在人体稀土元素检测中，很多学者进行了研究，确定了很多具有实践意义的方法，比如利用ICP-MS测定人体肝脏中的超微亮稀土元素，利用ICP-MS，在高度重视质量的基础上，利用硝酸+过氯酸，可以直接对人体（尸体）的肝脏、甲状腺、小肠、胃等部位进行15种稀土元素痕量测定。当然除开人体种稀土元素的测定，ICPMS还可以对合金进行分析，探寻其中的稀土元素，可对金属即高纯稀土氧化物进行分析，可对环境试样中的稀土元素含量进行检定，可对植物试样中的稀土元素含量进行测定、可针对食品中的稀土含量进行测定等等。对于稀土检测，ICP-MS是一种非常简便而且准确的方法，但是因为测定样品中的各种成分，可能会对被测定元素产生干扰，影响效果，因此必须要注意样品的制备质量。

3 ICP-MS稀土测定方法探索

就稀土检测而言，传统的方法包括滴定、重量、分光光度、荧光光度等方法，ICP-MS是一种更为高效的方法，为了对ICP-MS测定稀土元素的具体要素进行分析，采取实验方法进行探讨[2]。

3.1 试验方案

为了明确ICP-MS分析的要素，选用NexION 350x,准备好分析天平、可调节温度的平板炉等。选定稀土元素混合标准溶液，溶液均稀释到适当浓度，准备氢氟酸、硝酸、盐酸、硫酸，要求等级优，高纯水、过氧化钠。

针对地矿样品进行分析，采取酸溶法和碱溶法进行对比分析。前者取0．05g样品，置于坩埚（聚四氟乙烯，容量30mL）中，按照一定比例（10：5：1：1）混合氢氟酸、硝酸、高氯酸、硫酸，加入坩埚中。200℃加热至湿盐状并冒烟，升高100℃，继续加热至白烟冒尽，加入20%逆王水5mL，静止冷却到室温后，定容至50mL，备用。后者取准确0．20g样品，加入过氧化钠1g，搅拌后，再利用过氧化钠覆盖一层，于700℃环境下熔融，时间为20分钟，取出自然冷却，加入煮沸的50mL高纯水，加热5分钟后定性滤纸过滤，取沉淀物，使用氢氧化钠溶液（20g/L）与高纯水交替冲洗提取物，3到5次即可，返回原烧杯，加入硝酸溶液(40%)20mL，加热至提取物完全溶解，定容至50mL，备用。

3.2 结果讨论

ICP-MS测定地矿中的稀土元素会受到一些元素的干扰，要求确定被测元素同位素时，应当排除这些干扰，主要包括同量异位素，稀土元素的氧化物、氢氧化物产生的同位素。避开这些后，尽可能选定高丰度同位素，如137La、140Ce等。

试验针对GBW07305，对比酸溶体系中加入硫酸和不加硫酸的效果，在测定结果中，加入硫酸的方法可以使结论更加接近标样。碱溶法下因为加入了过氧化钠，盐分比较大，所以采取过滤方法来将盐分降低，后续测定中选用的溶液为稀释10倍液，基本满足了ICP-MS测定盐分的要求。

在分析测试过程当中，方法检出限是一个必须要关注的重点指标，这一指标与仪器有较大关系，仪器性能与工况将直接影响指标，同时试剂液存在一定影响，主要影响因素为纯度和稀释倍数。因此在完成试剂制备后，分别设定空白11份，进行对比分析测试，以3倍标准偏差作为检出限，对11份空白进行测定计算，基于选定的测定元素，得到如下结果，La，在酸溶法下为0．20μg/g，碱溶法下为 0．51μg/g，Ce 分别为 0．30μg/g 和 0．94μg/g，其他测定元素忽略。连续检测11次，并计算ICP-MS的准确度和精密度，结果发现若样品含量低，酸溶法处理的样品具有更高的准确度，原因可能是酸溶体系加入的试剂量比较低，空白比较低，对于非稀土矿石样品，酸溶法要更好。按照同样方法制备高稀土元素含量样品（GBW07188）进行试验，结果发现高含量样品测定中碱溶法的效果更好，稀土样品测试结果与认定值更加接近[3]。

4 结语

综上所述，ICP-MS在稀土检测中具有高效性和相对准确性，精密度较好，但因为ICP-MS仪器和样品制备上的一些细节，可能导致出现较大干扰，干扰主要来自试样中各种成分对分析元素的总效应，一般来自低电离能元素的电离抑制待测元素的电离，所以在ICP-MS方法下，应当注意排除干扰，控制试样制备质量和仪器的工况。同时经过试验分析，在高低含量稀土元素测定当中，低含量样品测定中，酸溶法的效果更好，高含量样品则碱溶法的效果更好，但都需要注意控制样品制备的质量。