電感耦合等離子體發射光譜法測定煤中的鎵、鍺、釩、磷

摘要：該文采用IRIS Intrepid II XSP ICP光譜儀，對煤樣品中Ga、Ge、V、P等元素的測量條件進行了探討實驗，并用所選的條件進行了大批量實際樣品的測定。方法簡便、快速和準確。檢出限、精密度和準確度均符合質量管理的要求。

關鍵詞：ICP-AES；煤；Ga、Ge、V、P

等離子體發射光譜法（ICP-AES）具有分析速度快，靈敏度高，精密度好，線性范圍寬等優點，廣泛應用于眾多學科分析各類樣品中常量、次量和痕量組分。該文在前人基礎上，采用國家級標準物質，制備成相應含量元素的待測定溶液，對儀器的測定參數：等離子功率、霧化氣流速、輔助氣流速及曝光時間等進行了系統實驗后，確定了最佳測定條件，制定了等離子體發射光譜法（ICP-AES）測定煤中Ga、Ge、V、P等元素的分析方法。方法具有檢出限低、精密度好、準確度高和分析速度快的特點。用本文制定的方法分析了國家級標準物質，獲得了較好的分析結果。

一、實驗部分

（一）儀器與試劑

儀器：美國Thermo Element公司IRIS Intrepid II XSP型全譜直讀等離子體發射光譜儀。

試劑：優級純HCl、HNO₃、HClO₄、HF，北京化工總廠生產。二次去離子水。

（二）儀器工作參數

等離子體高頻發射功率：1350W

輔助氣體流量：1.0L/min

樣品提升量：1.48ml/min

霧化壓力：241.3kPa

霧化器：普通玻璃同心霧化器

積分時間：長波>238nm 7s；短波<238nm 15s

（三）樣品分解步驟

取煤樣10克于瓷舟中，輕輕攤平，置于馬弗爐中，稍開爐門，由低溫加熱升至550℃保持1小時，繼續升溫至740℃，保持3小時至無黑色煤粒為止，取出冷卻，準確稱取0.5000克煤灰樣品于50ml聚四氟乙烯燒杯中。用少量去離子水潤濕；依次加入10ml HF、5ml HNO₃、2mlHClO₄、10mlHCl，將聚四氟乙烯燒杯放置于電熱板上由低溫蒸發至HClO₄冒煙（2-3小時），取下冷卻；再加入2ml HClO₄，再次于電熱板上加熱，蒸發至HClO4煙冒盡；取下乘熱加入5ml新配制的1：1的王水，在電熱板上加熱至溶液體積2-3ml，用約5ml去離子水沖洗杯壁，在電熱板上微熱5-10分鐘至溶液清亮，取下冷卻；將溶液轉入25.0ml聚乙烯比色管中，用去離子水稀至刻度，搖勻后放置澄清待測。

（四）標準溶液的選擇與制備

經光譜半定量分析煤灰的主成分與國家級標樣GBW07406（GSS6）、GBW07302（GSD2）的組成接近，故本方法選擇了土壤GBW07406（GSS6）和水系沉積物GBW07302（GSD2）兩個一級地球化學標準物質，按照樣品分解步驟將其制備成的溶液和樣品空白溶液來制作工作曲線。采用這種方法由于操作上與樣品分析步驟完全一致，基體效應也得到一定補償。經實驗所選用的樣品能完全分解，測定元素全部進入溶液，并且其濃度不超出線性范圍的含量。在常規分析中用其它標樣進行進一步驗證，結果可靠。

二、結果和討論

（一）ICP-AES測定條件研究

在ICP-AES的測定條件中，ICP功率、輔助氣流流速和霧化壓力以及曝光時間（又稱積分時間）等條件的變化將影響測定結果。在本實驗研究中選擇土壤標準物質GBW07406（GSS6），按照樣品的分解方法，制備成含待測定元素的樣品溶液，用于測定條件的實驗研究，以此得到的工作條件就比較接近于分析實際樣品的條件，就相當于研究溶液中含有相應的基體元素，其實驗條件就更接近實際樣品的分析。

（二）高頻發生器功率的選擇

按照本文擬定的樣品分解方法，制備GSS6標準樣品溶液。固定所有的儀器工作條件，改變ICP射頻功率。發射功率由750～1500W變化，試驗了各元素的譜線強度。結果表明，當射頻功率較大時（大于1350w）有較高的靈敏度，綜合考慮同時測定上述元素時，選擇1350W的射頻功率較好。

（三）霧化器壓力的選擇

按照本文擬定的樣品分解方法，制備GSS6標準樣品溶液。在高頻功率1350W的條件下，固定儀器其它工作條件，霧化器壓力由103.4～310.2kPa變化，實驗表明，霧化器壓力是影響被測定元素的積分強度的關鍵參數，而且其最佳范圍各不相同，這與元素的化學和物理性質有關。當霧化器壓力為241.3kPa時，上述元素的工作曲線斜率大且光強恒定，考慮我所儀器無高鹽霧化器的具體情況，本實驗采用的霧化器壓力為241.3kPa，這個條件之是個折中條件。

（四）樣品提升量的選擇

按照本文擬定的樣品分解方法，制備GSS6標準樣品溶液。在高頻功率1350W，霧化器壓力為241.3kPa的條件下，提升量由1.0～3.0ml/min變化，實驗表明，以提升量為1.48ml/min為最佳。

（五）輔助氣流速變化

按照本文擬定的樣品分解方法，制備GSS6標準樣品溶液。在高頻功率1350W，霧化器壓力為241.3kPa，提升量為1.48ml/min的條件下，改變輔助氣流量。實驗表明，輔助氣流量的變化對有些元素的積分強度影響不大，本實驗采用1.0L/min時都各元素均能得到較好的測定結果。

（六）曝光時間的選擇

在ICP-AES中，由于采用了CID作為檢測器，使得在極短的時間內就能同時測定任意元素和任意條譜線。其測定時間一般需兩次曝光，及高波段和低波段曝光。曝光時間除了影響總的分析時間外，對測定精密度也有一定的影響，而對積分強度影響較小。在滿足測定精密度的前提下，采用較短的曝光時間這對提高分析效率，節約樣品溶液非常有利，特別在分析大批量的煤樣品時更有實用價值。本實驗研究中，按照本文擬定的樣品分解方法，制備GSS6標準樣品溶液。在高頻功率1350W，霧化器壓力為241.3kPa，提升量為1.48ml/min，輔助氣流量采用1.0L/min的條件下，改變高波段和低波段的曝光時間。結果表明，對于鍺元素，曝光時間太短時，精密度較差，隨著曝光時間的加長而不斷改善。而對于鎵、釩元素，影響不明顯。本方法在同時測定上述三元素時確定的曝光時間是高波段8s。

（七）分析線的選擇

分析線選擇是否恰當，直接影響到測定結果的準確性以及測定方法的可信度。分析線選擇的原則是所選的線檢出限低，靈敏度高，干擾元素少，干擾程度低，線性范圍寬，實際應用好等。各元素分析線的選擇是分析過程中的重要一步，本實驗根據儀器提供的波長資料及TEVA軟件上附的各元素靈敏線庫，試驗、優選了各元素的最佳分析線為Ga 294.364（114）、Ge 265.118（126）、V292.402（115）。

（八）方法檢出限

本方法在儀器最佳化條件下，取10次平行測定空白溶液的結果，按IUPAC規定計算各元素檢出限如表一，結果表明，該方法檢出限基本滿足測定地球化學勘查樣品中18種元素的要求。

（九）方法精密度、準確度實驗

選擇國家一級土壤標準物質GBW07406（GSS-6）平行稱取12份，按樣品分析步驟分別制備成溶液進行測定，結果如表二。測定結果表明三個元素的分析結果與推薦值基本相符，測定精密度均在10%以內。用本法測定的結果是可靠的。

三、結束語

該文利用ICP-AES法測定了煤樣中的鎵、鍺、釩、磷四元素。由于鍺的檢出限稍高，對含量低于1.5ug/g的樣品，用原子熒光法測定。但煤中鍺的含量絕大多數在該方法檢出限以上，因此該方法建立后，不僅解決了準確測定上述三元素的問題，同時按新的方法分析常規樣品上萬件，分析結果滿足質量管理的要求，為我區煤分析任務的完成，發揮了較為重要的作用。

（編輯：YY）