原子荧光光谱仪测试地质矿物中金属元素试验结果分析

刘美晨

（山东省第八地质矿产勘查院，山东 日照 276826）

现代开采技术的快速发展，使得人们对矿山地质中矿物质金属元素的开采、测定环节提出了更高的要求，人们对地质矿物中金属元素的分析也不仅仅局限于传统的定性和定量分析，人们越来越多地开始关注地质矿山开采及应用的过程中更多元的信息[1]。长期以来，人们对于矿山中的金属元素测定方法进行了大量的研究和试验，有关金属元素的测定内容众多。由于金属元素在矿物当中直接测定存在一定的难度，因此大多数矿山资源开发企业采用先进行金属元素的分离富集，后检测的方式对其进行研究。当前，常用的分离富集方法主要包括：活性炭吸附法、泡沫吸附法以及共沉淀法等。通过分离后的矿物再利用质量法、容量法等方式进一步对其测定。上述几种方法存在的优势在于操作十分简便、获取金属元素信息时间更短，但缺点在于需要使用的仪器设备价格高昂，且检测结果存在一定的误差。而近几年随着研究的不断深入，出现了一种原子荧光光谱仪测试方法，该方法对矿物中的金属元素测定的主要原理是将采集到的样品溶液喷入到原子化火焰当中，并利用专业光源激发使其达到激发态，激发态金属原子不稳定，从而在跃迁到基态时，发射出原子荧光，这种荧光的强度会与样品溶液中的待测金属元素含量之间成一定的线性关系，以此获取金属元素含量的相关信息，该方法具有灵敏度高、测定结果准确、测定成本低等优势。本文将针对原子荧光光谱仪测试地质矿物中金属元素试验结果进行分析研究。

1 原子荧光光谱仪测试地质矿物中金属元素试验结果分析

1.1 地质矿物中金属元素空白值分析

对地质矿物中金属元素的空白值测定是原子荧光光谱仪测试方法中的必要环节，同时对于待检测的地质矿物中金属元素是否会发生反应，产生氢化物也可进行一定的验证，从而对试验过程中的反应条件是否合理进行初步的判定[2]。首先，对于地质矿物中金属元素，要使其生成氢化物，必须符合产生氢化物反应的相应条件。在进行原子荧光光谱法测试过程中，被测试的样品溶液必须完全消解，且能够对整个反应体系的氢离子浓度指数进行控制。通过试验结果能够得出，在整个反应体系当中，氢离子浓度指数的控制因素主要包括：待测试金属元素样品在消解后的除酸程度、测试过程中参与反应的还原剂配置浓度、还原剂所用碱元素配置浓度以及载流液所需酸性溶液浓度等。通常情况下，地质矿物中金属元素试验结果中空白值不会为0，当空白荧光值小于45.32时，则应当在测试过程中检查空心阴极灯是否存在故障问题，需要考虑反应体系是否发生了反应。同时，当空白荧光值小于45.32时，可以适当调节反应体系的氢离子浓度指数进行适当的调节，或对浓度稍高的带测定金属元素的标准液进行测定，若完成上述操作后，空白荧光值产生了明显的变化，则该试验结果说明整个体系并未出现反应。当空白荧光值过高时，则可能是载流空白值超过了需要进行测试的金属元素所用的酸浓度，或测试过程中的测试管道受到了地质矿物中杂质的污染。判断管道或试验试剂中是否出现污染，可采用脱去载流让空气进入的方式。当此时试验得出的空白荧光值出现明显的下降趋势，则说明试验试剂或管道内受到了污染，若未出现明显的下降趋势，则说明未受到污染。对于受到污染的管道可通过拆下整节管路用10%浓度纯酸溶液对其进行清洗，再将干净的管道重新安装在原子荧光光谱仪上。

1.2 地质矿物中金属元素荧光值变化分析

对于同一种地质矿物金属元素，其在进行原子荧光光谱仪测试时，测试次数与试验结果之间存在如图1所示的几种关系。

图1 测试次数与试验结果关系对比图

图1中，纵坐标F表示为原子荧光光谱仪的不同强度；虚线表示为地质矿物中金属元素试验结果中的真实荧光值。在正常情况下，荧光值会始终围绕着真实荧光值上下范围内进行波动，如图1中的编号1所示。但随着测试次数的不断增加，试验结果中的荧光值会逐渐呈现出如图1中的编号2所示。这种情况发生的原因，主要是在原子荧光光谱仪开机时间以及将空心阴极灯开启的时间不够充足，在原子荧光光谱仪还处于不稳定的状态时便开始进行测试，或空心阴极灯发生老化问题以及类似的问题产生。通常情况下，在原子荧光光谱仪开机的前60min内，荧光值呈现出明显的上升趋势，最少在30min以后，荧光值逐渐趋于稳定。因此在进行测试时，首先应当保证原子荧光光谱仪的开机时间在30min以上时再开始对地质矿物中的金属元素进行测试。若存在原子荧光光谱仪或其内部空心阴极灯使用年份时间较长时，则其稳定时间需要继续向后延长。随着原子荧光光谱仪测试次数的不断增加，试验结果的荧光值将逐渐降低并逐渐趋于稳定状态，如图1中的编号3所示。编号3的试验结果十分少见，在特殊情况下，若采用自动连续测定时，由于待测定的地质矿物金属元素样品含量加大，并且在前一组测试样品的待测定浓度明显大于该样品的待测定金属元素样品浓度时会发生编号3的试验结果。在对不同金属元素样品溶液浓度对原子荧光值的影响进行分析时可以看出，在对地质矿物中的同一种金属元素高浓度样品测试后，立即对低浓度的该金属元素样品进行测试，则试验结果会受到一定的影响。因此在测试金属元素样品的过程中仅通过一次测试是无法得到科学的结果的。为保证试验结果的准确性，应当对同一种金属元素样品进行三次或三次以上的测试，并取测试结果中最后两种原子荧光值的平均值作为最终的试验结果。当出现试验结果中的荧光值均比实际荧光值高，如图1中的编号4情况时，则产生这一现象的原因可能是在氢化物发生器或原子化器受被待测元素相同元素的严重污染，或仪器室内空气受相同元素污染导致。当发生这一情况时，通常在测试过程中不易察觉，只有在进行同行对比测试时，通过试验结果才能发现[3]。因此对于这一现象应当格外重视，为防止出现这种试验结果，必须对氢化物发生器和原子化器进行定期的清洗，在不进行测试时，应当将相关仪器、设备存放在通风位置。当试验结果中荧光值出现起伏不定，如图1中的编号5情况时，则说明原子荧光光谱仪出现了严重的故障问题，必须请原子荧光光谱仪的生产厂商派专业维修人员对设备进行维修。

1.3 地质矿物中金属元素原子荧光图谱分析

正常情况下，利用原子荧光光谱仪测试地质矿物中金属元素得到的试验结果中其荧光谱图应当呈现出对称的峰形图像，并且线段十分平滑、柔和，峰尖明显。设定仪器参数中延迟时间和读数时间也是根据测定金属元素样品的谱图进行设定。在实际原子荧光光谱仪测试中，正常的原子荧光图谱不会一直出现，而当原子荧光图谱出现“畸形”情况时，需要对其进行特别的关注。“畸形”原子荧光图谱不仅会影响后续的金属元素检测，同时其试验结果往往存在较大的误差。“畸形”原子荧光图谱主要可分为六种不同形态，下面将针对六种不同形态的“畸形”原子荧光图谱进行详细的分析。

第一种，双峰型原子荧光图谱。这种形态的图谱产生原因是由于地质矿物中待测试的金属元素样品的浓度过大所引发的自蚀问题影响。这种情况下，真实荧光值无法进行测定，且相对标准偏差、标准差、偶然误差以及检出限等均无法确定。避免这一问题发生的解决方案是对待测试的金属元素样品进行稀释；

第二种，峰形不全型原子荧光图谱。这种形态的图谱产生原因是由于对原子荧光光谱仪读取的时间过短，测试得出的真实荧光值不可靠、标准偏差较小、标准差较大、偶然误差增加、检出限高。针对这一问题的解决方法是延长读取原子荧光光谱仪数值的时间；

第三种，峰形拖尾型原子荧光图谱。这种形态的图谱产生原因是由于载气流量较小。这种情况下，真实荧光值不可靠、标准偏差较小、标准差较小、偶然误差增加、检出限高。针对这一问题的解决方法是增大载气流量；

第四种，峰形扁平型原子荧光图谱。这种形态的图谱产生原因是由于载气流量太大或还原剂浓度太大，光电倍增管负高压太低或灯电流太小。这种情况下，真实荧光值影响不大、标准偏差较小、标准差较大、偶然误差大、检出限高。针对这一问题的解决方法是重新设置载气流量或静电还原剂的浓度并调高负高压或灯电流；

第五种，谱图在开始和结束阶段明显凹陷或扁平型原子荧光图谱。这种形态的图谱产生原因是由于屏弊器流量太小或原子化器较高，屏蔽效果差，产生的氢化物被氧化。这种情况下，真实荧光值不可靠、标准偏差较小、标准差较大、偶然误差大、检出限高。针对这一问题的解决方法是重设屏蔽器，调节原子化器高度；

第六种，波纹型原子荧光图谱。这种形态的图谱产生原因是由于样品消化不全或室内空气流动太大。这种情况下，真实荧光值、标准偏差、标准差、偶然误差、检出限均无法确定。针对这一问题的解决方法是关闭窗户，注意室内空调排风量。

2 结语

原子荧光光谱仪是当前我国拥有知识产权的金属元素测试装置，其在实际应用过程中具有操作简单、经济性高等特点，对于地质矿物中的金属元素进行测试时还具有灵敏度高、检出限低的优势。但在其应用时常常会由于操作不当造成试验结果不准确的问题产生，通过本文对不同试验结果进行详细的分析，希望为测试人员在今后的实践中提供更加客观的试验结果。