岩石中铅、锌金属元素的测定方法

刘玉聪(河北省地矿局第六地质大队，河北 石家庄 050081)

0 引言

火焰原子吸收分光光度法的测试原理为：试样经王水分解，在硝酸介质中，使用空气-乙炔火焰，铅于波长283.3nm处、锌于波长213.8nm处，用原子吸收分光光度计测量吸光度，计算被测所含金属元素含量。

电感耦合等离子体质谱法的测试原理为：试样经过盐酸-硝酸-氢氟酸-高氯酸分解后，于3%的硝酸介质中，将待测试样溶液引入高温等离子炬中，使待测元素被激发成离子及原子，发射出所含元素的特征谱线。在规定的波长处测量各元素离子及原子的发射光谱强度，发射光谱强度与被测元素的浓度成正比，采用校准曲线法，由仪器自带计算机计算被测元素的含量。

1 实验中用到的试剂

1.1 火焰原子吸收分光光度法中用到的试剂

盐酸(ρ1.19g/mL)；硝酸(ρ1.42g/mL)；硝酸(1+1)；盐酸(1+1)；标准溶液的配制：

铅标准储备溶液[ρ(Pb)=1.00mg/mL]：称取1.0000g金属铅(>99.99%)，置于250mL烧杯中，盖上表面皿，沿杯壁加入10mL硝酸，微热，待全部溶解后，用水洗去表面皿，冷却后移入1000mL容量瓶中，用水稀释至刻度，摇匀；

铅标准溶液[ρ(Pb)=20.0μg/mL]：分取20.00mL铅标准储备溶液，置于1000mL容量瓶中，用水稀释至刻度，摇匀；

锌标准储备溶液[ρ(Zn)=1.00mg/mL]：称取1.0000g金属锌(>99.99%)，置于250mL烧杯中，盖上表面皿，沿杯壁加入10mL盐酸，放置自溶(如酸不够可补加)，待全部溶解后，用水洗去表面皿，冷却后移入1000mL容量瓶中，用水稀释至刻度，摇匀；

锌标准溶液[ρ(Zn)=20.0μg/mL]：分取20.00mL锌标准储备溶液，置于1000mL容量瓶中，用水稀释至刻度，摇匀。

1.2 电感耦合等离子体质谱法中用到的试剂

硝酸(ρ1.42g/mL)；氢氟酸(ρ1.13g/mL)；盐酸(ρ1.19g/mL)；高氯酸(ρ1.68g/mL)；混合酸(硝酸+盐酸=4+1)；硝酸(1+9)标准溶液的配制：

铅标准储备溶液[ρ(Pb)=1.00mg/mL]：称取1.0000g金属铅(>99.99%)，置于250mL烧杯中，盖上表面皿，沿烧杯壁加入10mL硝酸(1+1)加热溶解后，用少量水洗去表面皿，移至1000mL容量瓶中，用水稀释至刻度，摇匀；

铅标准溶液[ρ(Pb)=20.0μg/mL]：分取20.00mL铅标准储备溶液，置于1000mL容量瓶中，用水稀释至刻度，摇匀；

锌标准储备溶液[ρ(Zn)=1.00mg/mL]：称取1.000g金属锌(>99.99%)，置于250mL烧杯中，盖上表面皿，沿烧杯壁加入10mL盐酸(1+1)，放置自溶(如酸不够可补加)，溶解完全后，用水洗去表面皿，移入1000mL容量瓶中，用水稀释至刻度，摇匀；

锌标准溶液[ρ(Zn)=20.0μg/mL]：分取20.00mL锌标准储备溶液，置于1000mL容量瓶中，用水稀释至刻度，摇匀。

2 试样分解

2.1 火焰原子吸收分光光度法中的试样分解

准确称取0.1000g试样，将试样置于100mL烧杯中，加入适量水润湿，加入15mL盐酸，盖上表面皿，置电热板上加热15～20min,加入5mL硝酸，继续加热至试样分解完全，用少量水洗去表面皿，蒸发至干，加入5mL硝酸溶解残渣，用水冲洗杯壁，继续加热至盐类溶解，取下，冲洗表面皿，冷却至室温，用水移入100mL容量瓶中，并稀释至刻度，摇匀，澄清。

校准溶液系列配制：分取0.00mL、2.50mL、5.00mL、10.00mL、15.00mL、20.00mL铅、锌[ρ(Pb)=20.0μg/mL]，分别置于两组50mL容量瓶中，加入5mL硝酸用水稀释至刻度，摇匀。

2.2 电感耦合等离子体质谱法中的试样分解

准确称取25mg(精确至0.01mg)试样与100mL的聚四氟乙烯烧杯中，用适量水将样品湿润，加入10mL盐酸，加热至近干；加入10mL硝酸、10mL氢氟酸、2mL高氯酸。置于电热板上加热至试样全部溶解，温度控制在185±5℃左右，并蒸至近干。

稍冷。加入4mL混合酸(硝酸+盐酸=4+1)，微热溶解盐类至溶液清亮，冷却，将溶液定量转移至25mL塑料比色管。用硝酸(1+9)稀释至刻度，摇匀，隔夜放置，待用于ICP-MS测定。

校准溶液系列配制：分别移取铅、锌标准溶液[ρ(Pb)=20.0μg/mL]，稀释配制成所需的混合标准如表1所示。

表1 所需的混合标准

3 测定

3.1 火焰原子吸收分光光度法

用原子吸收分光光度计，参照仪器工作条件，调整仪器参数至最佳状态。分别测量校准系列溶液和试样溶液的吸光度值，同时进行空白试验溶液和验证试验溶液的测定。

3.2 电感耦合等离子体质谱法

参考仪器工作条件，将仪器点火稳定后，将校准工作溶液和试样溶液先后引入高温等离子体焰中，对各元素进行测定，同时进行空白试验溶液和验证试验溶液的测定。并由计算机专用软件计算并保存数据。

4 分析结果的计算

4.1 火焰原子吸收分光光度法

铅、锌含量以质量分数ω(Pb、Zn)计，数值以%表示，按式(1)计算：

式中：m1为从校准曲线上得到分取试样溶液的元素含量(μg)；m0为从校准曲线上得到空白试验溶液的元素含量(μg)；V为试样溶液总体积(mL)；m为试样量(g)。

4.2 电感耦合等离子体质谱法

铅、锌含量以质量分数ω(Pb、Zn)计，数值以%表示，按式(2)计算：

式中：ρ1为从校准曲线上查得试样元素含量(μg/mL)；ρ0为从校准曲线上查得试剂空白溶液元素含量(μg/mL)；V为测定溶液体积(mL)；m为被称取样品的质量(g)。

5 测试结果

取六个样品分别用两种方法进行比对试验。

5.1 火焰原子吸收分光光度法的测试结果

铅方法系列如表2所示。

表2 铅方法标准系列吸光度

以铅浓度为横坐标，吸光度为纵坐标，绘制标准曲线。测试结果如表3所示。

锌方法系列如表4所示。

表4 锌方法标准系列吸光度

以锌浓度为横坐标，吸光度为纵坐标，绘制标准曲线。测试结果如表5所示。

表5 样品锌元素分析结果

5.2 电感耦合等离子体质谱法的测试结果

以浓度为横坐标，吸光度为纵坐标，标准曲线见下图。测试结果如表6、表7所示。

表6 样品铅元素分析结果

表7 样品锌元素分析结果

6 结语

根据实验测试中数据对比可以总结出，两种方法的测试结果没有明显差异。由于火焰原子吸收分光光度法一次只能分析一种待测元素，所以对于多元素分析耗时较长，电感耦合等离子体质谱法前期准备较为复杂，所需配制溶液较为繁琐，对于分析单元素分析不适宜。

综上所述，待测样品数量多，且待测元素较为单一，火焰原子吸收分光光度法更方便快捷，当待测样品数量少，待测元素较多时，宜采用电感耦合等离子体质谱法。