基于电感耦合等离子体原子发射光谱法的金属元素定量测试分析

胡 强，贺 婷

（江西省地质矿产勘查开发局物化探大队实验测试所，江西 南昌 330000）

随着科学技术的快速发展，促进了我国岩矿测试技术的快速进步，对地质样品的各种金属元素、痕量元素和超痕量元素的检测率逐渐提高，尤其是电感耦合等离子体（缩写ICP）的综合应用，促进了电感耦合等离子体原子发射光谱法的发展。电感耦合等离子体原子发射光谱法（缩写ICP-AES），也称电感耦合等离子体光学发射光谱法（缩写ICP-OES），该方法利用高频发生的电感耦合等离子体释放的光源进行分析样品中金属元素的含量，在现代化地质样品测试等领域应用极为广泛，尤其是我国金属矿产资源勘查中的应用更为广泛。鉴于此，本文以某矿山铅锌矿石为例，分析电感耦合等离子体原子发射光谱法在矿石样品中金属元素定量测试的应用过程，为同类矿石的测试分析提供参考[1]。

1 试验材料准备

本次试验使用的电感耦合等离子体原子发射光谱仪为美国某公司生产的PE Optima 800型号的仪器（图1），电子天平采用BS-224型号，移液枪为PiPet-Lite型号；XCT3电热鼓风干燥箱、分装式高压密封消解罐等仪器。试验过程中使用的氢氟酸等级为分析纯，硝酸、盐酸等为BⅧ级；某矿山铅锌矿石制作的铅、锌溶液1000μg/mL。

本次试验过程中的试验条件为：雾化器流量设定为0.55L/min，射频功率为1300W，辅助气流量为0.2L/min，等离子体流量为15L/min，冲洗时间设定为20s，泵进样量为0.8L/min。本次试验目标物为矿石中的Pb、Zn元素，目标物的分析谱线波长分别为220.353nm和206.200nm。

图1 电感耦合等离子体原子发射光谱仪示意图

2 试验方法及处理

本次试验采用高压密闭消解方法对矿石样品进行处理，在干燥箱中对矿石样品进行PT-FE内胆加温加压消解处理，目的在于消解处理不仅能够有效的矿石样品中的挥发分对测试结果的影响，提高定量测试精度，而且能够有效的提高样品的消解率。在消解罐中对样品加温加压消解有利于快速消解难溶物质，有效的避免了加热板或者微波消解过程中消解不彻底的弊端，该方法能够快速的将固态物质消解为离子状态。同时，消解过程中降低了挥发组分含量，进而显著的提高了测试精度和准确性。因此，在金属矿山中长采用该种方法测定矿石中的伴生稀有元素、稀散元素等[2]。

待测样品的处理流程主要包括以下几个方面：①对消解罐使用0.49mol/L的稀硝酸浸泡8h后并用相同浓度的稀硝酸进行冲洗，并将冲洗干净的消解罐烘干处理；②在消解罐中加入5mL0.49mol/L的硝酸溶液，置于高压密闭的消解仪中进行高温清洗，反复3次，直至消解罐冷却后取出；③在消解罐中加入3mL盐酸、1mL氢氟酸、2mL过氧化氢、6mL硝酸和0.05g待测样品，摇匀后静置一段时间后将其置于消解仪中进行消解处理；④将消解完成的溶液取出后置于电加热板上赶酸8至12次，完成后定容至50mL，为下一步试验做准备。分别取出定容后的溶液10mL，用浓度为0.049mol/L的稀硝酸溶液稀释呈浓度为100mg/L的溶液，再将混合溶液逐一稀释成质量浓度为100mg/L、50mg/L、10mg/L、5mg/L、1mg/L、0.5mg/L和0.1mg/L的试验溶液[3]。

3 试验结果及分析

3.1 标准曲线的绘制及检出限分析

本次试验采用电感耦合等离子体原子发射光谱法，故应选择谱线灵敏度高、背景值低的目标光谱谱线，本次目标物的分析谱线波长分别为220.353nm和206.200nm。通过试验结果显示可知，本次试验的2种元素均有良好的响应值，试验成果较好。本次试验对不同质量浓度的混合溶液进行了测试分析，并根据测试结果绘制了标准曲线。试验结果表明，电感耦合等离子体原子发射光谱法对Pb、Zn进行测定的相关系数均大于0.9999，且多组试验结果具有良好的线性关系，说明本次试验分析结果质量可靠。本次获得的标准曲线参数包括：Pb的谱线波长为220.353nm、谱线强度为150.00，相关系数为0.999982，检出限为0.0110mg/kg；Zn的谱线波长为260.200nm、谱线强度为429.00，相关系数为0.999955，检出限为0.0018mg/kg。

3.2 加标回收试验分析

按照本次试验方法对待测样品中的Pb、Zn进行了测定，测试结果相关度均大于0.9999，说明测试质量可靠。为了分析本次试验方法的准确度，采用加标回收方法进行试验，分别进行了30g/kg、20g/kg和10g/kg的加标回收试验，试验结果见表1。由表1可知，通过3组实验组的加标试验结果可知，2种元素的加标回收率均在97.51%～100.02%之间，说明本次试验分析方法是可靠的[4]。

表1 加标回收试验结果统计表

3.3 精密度分析试验

本文采用电感耦合等离子体原子发射光谱法对某矿山的铅锌矿石进行了测定分析，使用高压密闭消解方法进行试验。对3件样品分别进行了5次精密度试验，试验结果见表2。由表2可知，本次使用的方法获得的测试结果的RSD值均小于1.21%，说明本次选用的方法精密度高，能够满足矿山测试分析的基本要求。此外，分别进行了准确度试验分析，通过测试结果可知，3组试验过程中Pb、Zn元素的测试误差均小于0.71%，RSD值小于1.38%，说明本次选用的方法测定的结果准确度高。

表2 精密度试验结果统计表

4 发展前景分析

金属元素的检测工作不仅与找矿勘查工作密切相关，而且与人们的日常生活息息相关，主要表现在以下几个方面：①在矿产资源开发与利用过程中，随着矿渣、采矿活动的进行，加快了矿区地表土壤、水体和地下水的重金属污染问题，破坏了原有的生态平衡，此时对矿山周边环境进行电感耦合等离子体原子发射光谱法定量测试工作，有助于防治矿山重金属污染问题；②其他区域重金属元素污染问题，随着社会快速发展以及矿产资源的粗放式开发与利用，导致环境中重金属污染日益严重，因此，使用电感耦合等离子体原子发射光谱法对土壤、水体等中的重金属元素有效检测，是精准治理环境污染的基础。此外，土壤、水体中的重金属元素超标时，通过生物链的关系最终摄入人体，对人类健康造成威胁。因此，加强植物中重金属元素检测也是电感耦合等离子体原子发射光谱法今后发展的主要方向之一[5]。

5 结束语

综上所述，电感耦合等离子体原子发射光谱法在金属元素的定量测试分析工作中具有重要的意义，具有灵敏度高，检出限低，精度准的优势，在矿产资源勘查中具有广阔的应用前景。随着资源需求关系，对稀有金属资源、稀散金属资源的综合利用提出了更高的优势，这就对稀散、稀有元素的测试工作提出了更高的要求。因此，将电感耦合等离子体原子发射光谱法应用于矿石痕量元素、超痕量元素的检测领域中，对资源的找矿勘查工作提供了方向。此外，电感耦合等离子体原子发射光谱法在金属元素检测中具有明显的应用优势，因此，在土壤污染、水污染等领域中的应用也极为广泛[6-8]。