電感耦合等離子體原子發射光譜法(ICP-AES)測定玄武巖中的8種微量元素

孫友寶 孫媛媛 馬曉玲 李 劍 陳建立 黃濤宏 曹 磊

(1 島津全球應用技術支持中心 上海 200052；2 常州工程職業技術學院 材料工程技術系，江蘇 常州 213164)

0 引言

在油氣勘探領域，巖石樣品中除構成有機質的C，H，O，N，S等元素以外，還含有一些常量元素和微量元素。利用生物標志化合物在沉積巖中的分布和變化，結合元素的分布和變化，可以有效地判定沉積環境、劃分地層、研究生油條件等[1-2]。玄武巖屬基性火山巖，是地球洋殼和月球月海的最主要組成物質，也是地球陸殼和月球月陸的重要組成物質。

全巖樣品中各元素的準確測試是地球科學研究的重要手段和依據，微量元素可作為地質-地球化學的指示劑，在解決當代地球科學的基礎理論問題、為人類提供足夠資源和良好生存環境等方面發揮重要作用。

采用封閉壓力硝酸-鹽酸-氫氟酸酸溶法[3-7]前處理玄武巖樣品，將文獻方法中的稱樣量25 mg加大至100 mg，有效地解決了取樣代表性和部分元素分析結果偏低的問題，可準確測定巖石、土壤、沉積物中多種元素。

1 實驗部分

1.1 儀器

ICPE-9000全譜發射光譜儀(日本 島津制作所)：采用同心霧化器和旋流霧室。分析測定條件為高頻頻率：27.12 MHz；高頻發生器功率：1.2 kW；等離子氣流速：10 L/min；輔助氣流量：0.6 L/min；載氣流量：0.7 L/min；矩管類型：Mini；觀測方向：軸向和縱向自動切換(高低含量元素同時分析)。

1.2 實驗試劑

硝酸、鹽酸、氫氟酸、高氯酸均為優級純。高純水：蒸餾水經Mili Q 純化系統純化，電導率達到18.2 MΩ·cm。等離子體光譜測定用各元素標準溶液濃度及組合見表1。

表1 標準曲線濃度Table 1 The concentrations of the standard solutions /(mg·L-1)

注：*表示縱向觀測

1.3 樣品的前處理

精確稱取0.100 0 g 試樣于封閉溶樣器的聚四氟乙烯內罐中，加入1 mL HNO3，2 mL HF，蓋上聚四氟乙烯上蓋，裝入鋼套中，擰緊鋼套蓋。將高壓消解罐放入烘箱中，190 ℃下保持48 h。冷卻后，取出聚四氟乙烯內罐，在電熱板上于165 ℃蒸發至干。然后再加入1 mL HNO3蒸發至干，此步驟再重復一次。最后，加入5 mL HCl(6 mol/L)，再次封閉于鋼套中，150 ℃保持5 h，冷卻后定容至25 mL，搖勻待測。

2 結果與討論

2.1 提取溶劑的選擇

在地質樣品的處理過程中，王水是一種很好的復溶提取劑，它不僅有強的氧化性，而且還有Cl-的絡合作用，被廣泛用于電感耦合等離子體質譜法(ICP-MS)、電感耦合等離子體原子發射光譜(ICP-AES)測定化探樣品中的多元素時的復溶提取劑。但在實驗中發現，密封酸溶中，使用王水復溶提取，在高溫高壓狀態下會產生大量氣體并溢出，嚴重影響密封效果。因而實驗選用HCl作為復溶提取劑。

2.2 標準曲線配制

使用8%鹽酸配制Ba，Ce，Cr，Mn，Ni、Sr，V和Zn的不同濃度標準溶液于100 mL容量瓶中，如表1。

2.3 譜線選擇和背景扣除

利用儀器的性能對每種待測元素選定的2～3條譜線進行測定并進行背景扣除，然后利用軟件自動的功能分析每條譜線的發射強度，元素的檢出限、共存元素對其干擾和該元素的線性范圍，推薦測定元素的最佳譜線波長(見表2)。

表2 各元素最佳分析譜線和背景扣除點Table 2 Analytical spectral lines and background points

由于某種元素的測定值會與主成分元素等測定元素以外元素的光譜線發生交疊，分析值有時會產生誤差。元素間校正是指對此影響進行校正。為扣除共存元素對各分析元素的干擾，采用干擾元素校正系數法，即求出共存元素對各元素的干擾校正系數Lj，將Lj代入(1)式對分析結果進行校正。

I=I0-∑LjIj

(1)

I—測定元素的校正后強度；I0—測定元素的校正前強度；Lj—元素間校正系數；Ij—干擾元素的強度。

實驗選擇GBW07105標準物質中的高含量元素進行干擾實驗，根據干擾實驗確認干擾元素和被干擾元素，并求出干擾系數的初步值。從實驗結果來看，被干擾元素主要有Ce元素，需要使用Fe(300 mg/L，235.489 nm)的單元素溶液進行干擾校正。根據公式(1)軟件對干擾元素自動進行結果校正。元素間干擾校正系數的使用，基本消除了共存元素的譜線干擾；以背景校正法消除背景干擾。

2.4 樣品分析結果及檢出限和精密度實驗

使用ICP-AES法直接測量玄武巖標準品中的各元素，同時對樣品空白的分析元素進行10次測定，軟件中設置[顯示定量下限]，標準曲線自動計算各元素的檢出限(3σ)，見表3。實驗結果表明，分析結果與標準值吻合，分析結果見表4。

表3 各元素的方法檢出限Table 3 Detection limits of the method

表4 玄武巖GBW07105樣品分析結果Table 4 Analysis results of basalt standard reference materials(n=6) /(μg·g-1)

3 結語

采用硝酸-鹽酸-氫氟酸高壓封閉消解前處理玄武巖樣品，ICP-AES法測定了玄武巖GBW07105標準物質中的8種金屬元素的含量。實驗結果表明，方法線性相關系數良好r>0.999 94，RSD均小于2.0%(n=6)，該方法檢出限低，簡便快捷，分析結果與標準值相吻合，一次溶樣可同時測定多種金屬元素，方法完全能滿足巖石、土壤、沉積物中多個元素的檢測需求。

[1] 同濟大學地質系.海陸相地層辨認標志[M].北京:科學出版社,1980:171-175.

[2] 龔迎莉,汪雙清,沈斌,等.電感耦合等離子體-發射光譜法同時測定沉積巖中15個元素[J].巖礦測試,2007,26(3):230-232.

[3] 馮旭,宋曉紅,段偉亞,等.電感耦合等離子體原子發射光譜法(ICP-AES)測定超基性巖石中的微量金屬元素[J].中國無機分析化學,2013,3(S0):20-21.

[4] 李劍,孫友寶,馬曉玲,等.氫氟酸直接進樣-電感耦合等離子體原子發射光譜法(ICP-AES)測定氧化鋯中多種雜質元素[J].中國無機分析化學,2013,3(S0):31-32.

[5] 張保科,溫宏利,王蕾,等.封閉壓力酸溶-鹽酸提取-電感耦合等離子體質譜法測定地質樣品中的多元素[J].巖礦測試,2011,30(6):737-744.

[6] 孫德忠,何紅蓼.封閉酸溶-等離子體質譜法分析超細粒度地質樣品中42個元素[J].巖礦測試,2007,26(1):21-25．

[7] 何紅蓼,李冰,韓麗榮,等.封閉壓力酸溶-ICP-MS 法分析地質樣品中47個元素的評價[J].分析試驗室,2002,21(5):8-12．