分析电感耦合等离子体发射光谱法测定铜多金属矿石中的金属元素

高宗义

（甘肃省有色金属地质勘查局天水矿产勘查院，甘肃 天水 741300）

自然界中单矿物样品量相对比较少，且其检测相对比较简单，很多学者针对单矿物样品的检测做了大量的工作，取得了很多研究成果[1]。但是在实际中，多金属矿石所占比例更高，这给金属元素的检测工作带来了很大难度。在长期的工作实践中，人们总结了很多多金属矿石金属元素检测方法，其中电感耦合等离子体发射光谱法的应用最为广泛，检测效果最优[2]。利用该方法对多金属矿石金属元素进行检测时，不需要对矿石中的各种化学元素进行完全分离，可以直接对其进行检测。因此其操作过程简便、检测效率高[3]。本文主要介绍了电感耦合等离子体发射光谱法在铜多金属矿石中常量元素和其他微量元素的检测过程。

1 实验仪器与步骤

1.1 实验仪器和试剂

（1）实验仪器。本文主要是利用电感耦合等离子体发射光谱法对铜多金属矿中的金属元素进行测定，使用的仪器为对应的光谱仪，具体型号为IRISIntrepi，该设备由美国公司研制生产。设备工作时通过蠕动泵将制作好的样品送入设备内部进行检验，设备还配备有高盐雾化器。仪器自带有分析软件，软件可以在Windows系统中运行，通过软件可以对设备进行操作与控制。设备正常工作时的技术参数主要如下：入射和反射功率分别为1.13kW和4.8W，冷却气体和加载气体的流量分别控制在每分钟15.5L和0.4L左右，辅助气体流量控制在每分钟0.8L，且要求在点火后立即将其关闭，样品的提升量控制在每分钟0.3ml左右。

（2）检测试剂。在对铜多金属矿石金属元素进行检测时，需要用到对应金属元素的标准储备液，为了确保实验过程的准确性，所有使用的标准储备液全部按照国家标准执行，其浓度大小为1g/L，检测过程中根据实际需要对标准浓度的储备液进行稀释。其他检测试剂按实际需要选用，要求质量达到优级纯。

1.2 样品准备步骤

在显微镜的协助下对铜多金属矿石进行挑选，从中挑出铜矿单矿物样品，然后将其放置在研体内进行研磨，直到样品能够顺利通过100目的网筛，对应的孔径大小为140μm。利用电子天平准确量取研磨后的单矿物样品0.1000g，并将其放置到聚四氟乙烯坩锅内，然后向坩锅内添加少许去离子水将样品湿润，再向内部添加少量包含Pd元素的溶液并确保坩锅内Pd元素的浓度为10μg/ml，最后添加盐酸溶液10ml。将坩锅整体放置在电热板上，通电对其进行加热，加热温度控制在180℃，加热时间持续1h，向坩锅内添加硝酸2ml，让单矿物样品在坩锅内逐渐溶解。样品彻底溶解后，继续对坩锅进行加热蒸馏，待其体积缩小至1ml时停止加热，并让其冷却到室温，然后样品转移到10ml的容量瓶中备用。

1.3 检测流程

打开仪器设备配套的电脑并开启配套的操作软件，进入铜多金属矿石分析系统，然后对软件程序进行标准化处理。通过分析软件自带的背景矫正程序对仪器设备的背景系数进行修正，避免背景因素对实验结果造成不良影响。启动干扰元素矫正程序，对矫正系数进行检测。完成上述准备工作后，即可正式启动铜多金属矿石中金属元素的检测工作。

2 实验结果分析与讨论

（1）仪器检出限及方法测定下限。检出限是对仪器设备检测精度的重要评价指标，其基本定义为仪器设备在对应的检测方法条件下，在规定的置信度要求下能够从实验样品检测出相关物质的浓度极限，通常为最小浓度极限。其计算公式为：，式中，CL表示仪器检出限；M表示待检测样品物质浓度较低时对应标准曲线的斜率；Sb表示待检测溶液为空白时对应的标准差；K表示规定的置信度，通常在2～3范围内取值，本文将K选取为3进行计算。

提前准备好空白溶液和纯基体溶液，其中纯基体溶液中Cu元素的浓度为30mg/L，Fe元素的浓度同样为30mg/L。启动仪器的检测程序并分别对以上两种溶液样品进行检测，为避免检测过程中的随机误差对检测结果的干扰，每种检测均开展10次，最终结果取10次实验结果的平均值。

实验结果表明，仪器设备对于不同元素的检出限呈现出不 同 的 结 果，Cd、Co、Cu、Fe、In、Mn、Ni、Pb、Zn元 素对应的检出限分别为0.0035g/L、0.0066g/L、0.0062g/L、0.0032g/L、0.0064g/L、0.0018g/L、0.0060g/L、0.0069g/L、0.0028g/L，对于上述金属元素，利用电感耦合等离子体发射光谱法检测的下限同样表现出明显的差异，对应的结果分别为1.05μg/g、3.68μg/g、4.16μg/g、1.56μg/g、3.21μg/g、1.42μg/g、4.71μg/g、5.43μg/g、1.23μg/g。

（2）基体干扰校正。实际上，在利用电感耦合等离子体发射光谱法进行元素检测时，产生的基体干扰现象不是非常明显，但是仍然存在这种现象。基于此，在检测时需要对基体干扰现象进行校正，以提升检测结果的精密度。常用的校正方法主要包含两种：其一，确保标准溶液和试样溶液拥有基本相似的基体匹配；其二，在试样溶液内部添加适量的内标元素。实践中以上两种方法均可以取得较好的效果。

本次实验中同时采用上述两种方法进行校正，首先向标准溶液内部添加一定的基体元素，即Cu和Fe元素，确保了标准溶液和试样溶液拥有基本相似的基体匹配，然后在试样溶液中添加适量的Pd元素。通过以上措施有效解决了标准溶液和试样溶液之间的由于粘度差异而导致的不良效果。

（3）背景干扰校正。利用本文所述方法进行金属元素检测时，试样内部的分子绝大部分都已经处于被解离的状态，所以分子光谱干扰问题不是非常明显。已有的理论和实践经验均表明，实验时的工艺参数会对蒸发和解离干扰产生比较大的影响，一般而言，如果设备运行功率低（导致温度偏低）、载气流量大（导致气体在仪器内停留时间长）、待测样品含量偏低时，产生的干扰现象就越明显。

为了降低背景干扰问题，本次实验过程中首先对仪器设备的工艺参数进行仔细调试，比如合理选择灯炬参数和实验参数，具体参数见1.1节。此外，还通过离峰校正的措施有效规避了背景干扰现象。采取上述校正措施后，仪器自带的软件程序可以对背景系数进行自动检测，并且通过对光谱位移器的准确控制，仪器可自动对背景干扰校正进行扣除，从而得到准确的结果。Cd、Co、Cu、Fe、In、Mn、Ni、Pb、Zn元素的背景校正系数的检测计算结果分别为0.96、1.11、1.22、1.24、1.41、1.17、1.01、0.89、1.33。

（4）干扰系数校正。在开展多金属元素检测时，不同金属元素之间的检测结果不可避免的会相互交叉影响。干扰系数指的是在对分析金属元素进行检测时其他金属元素对其造成的影响程度。具体操作时，首先向待检测样品内部添加适量的待检测金属元素标准溶液，此举可以校正待检测金属元素的分析通道，然后再向待检测样品中添加适量其他干扰金属元素标准溶液，仪器即可获得该金属元素的干扰系数。对于本次检测实验工作而言，在分析多金属含量时，干扰金属元素主要就是Cu和Fe两种元素。本次检测实验中，Cu和Fe两种干扰元素的浓度全部设置为1mg/L。实验结果表明，在本次实验的浓度范围内，Cu和Fe两种干扰元素对其他金属元素的造成的干扰情况基本相同。在开展上述干扰系数校正实验过程中，需要将仪器设备自带的干扰系数校正程序启动运行，仪器会自动检测相关结果并对其进行计算，可以得到对应的干扰系数。结果如下：Fe干扰元素对Cd、Co、Cu、Fe、In、Mn、Ni、Pb、Zn元素的干扰系数分别为-0.0039、-0.0047、0.0179、0.0082、0.4991、0、0.0002、-0.0993、-0.6523，Cu干扰元素对以上元素的干扰系数分别为0、0.000068、-0、0.00001、0.0007、0.00003、0.00006、-0.0005、0.00039。该实验对干扰系数进行了准确的校正，达到了预期效果。

（5）铜多金属矿石中金属元素检测结果。做好上述基本工作后，可以开始对铜多金属矿石中的金属元素进行准确检测。为了提升实验结果的准确性，避免实验误差对最终结果造成的不良影响，此次实验共准备了8份相同的铜多金属矿石样品。获得8份实验样品的检测结果后，对各元素的检测结果求平均值，同时对其相对误差和标准偏差进行计算，所得结果如表1所示。

表1 铜多金属矿石中金属元素的检测结果统计

由表中数据可以看出，除Ni元素相对误差超过了5%以外，其他金属元素的相对误差均控制在了5%范围以内。另外，所有金属元素的检测结果相对标准偏差均没有超过10%。相对误差和相对标准偏差的计算结果表明此次检测结果具有很好的可信度。

3 结语

鉴于铜多金属矿石中多金属元素的检测难度相对较大，本文利用盐酸和硝酸对实验样品进行溶解，并对实验检测过程中可能存在的偏差问题进行校正。最终的实验结果表明，利用电感耦合等离子体发射光谱法对矿石中的多金属元素进行检测，可以取得很好的实践应用效果。