電感耦合等離子體發射光譜法測定鉻鐵礦中5種主量元素

龔迎莉 王 宇 張 寧 謝蓮英

（1.清華大學熱科學及動力工程教育部重點實驗室，北京100084；2.利曼中國公司，北京100084；3.華北石油勘探開發研究院，任丘062552）

鉻鐵礦屬于尖晶石類礦物，其主要成分為：Cr2O3、Al2O3、Fe2O3、FeO、MgO、SiO2等。鉻鐵礦是巖漿作用的礦物，常產于超基性巖中，與橄欖石共生，也見于砂礦中。鉻具有質硬、耐磨、耐高溫、抗腐蝕等特性。鉻鐵礦是最難消解的礦物之一，采用酸溶法制樣，通常使用四酸溶樣，存在著無法測定鉻、硅等含量，并且在高氯酸和鹽酸的作用下會生成有毒的鉻酰氯并存在揮發現象造成測定的不準確，因此，一般采用熔劑熔融法分解鉻鐵礦［1－5］。本實驗采用偏硼酸鋰BLiO2作為熔劑。

偏硼酸鋰是一種高熔點的非氧化性的熔劑，分解試樣的能力強［4－6］。實驗利用等離子體原子發射光譜儀（ICP－OES）測定鉻鐵礦中的5種主量元素Cr、Si、Al、Fe、Mg。通過對巖石國家一級標準物質（GBW07820、GBW07101、GBW07102、GBW07201、GBW07202）的測定，其中Si、Al、Fe、Mg滿足定量分析的要求，對于Cr的定量分析可以采用過氧化鈉熔樣，等離子體原子發射光譜儀采用特殊的耐鹽性高的同心霧化器進行進樣，測定Cr的含量；或者采用過氧化鈉熔樣，硫酸亞鐵胺標準溶液滴定，測定Cr的含量。普通的等離子體原子發射光譜儀的耐鹽量低，較高的含鹽量會導致數據穩定性和重現性降低，嚴重時會阻塞霧化器導致儀器熄火。

1 實驗部分

1.1 儀器及工作條件

Prodigy電感耦合等離子發射光譜儀（美國利曼公司），配有同心霧化器和高效旋流霧室。工作條件：發射功率：1100kW，冷卻器流量19L／min，輔助器流量：0.4L／min，霧化器流量：34PSI，泵速：1.4mL／min，積分時間：10s。

石墨坩堝，鎳坩堝

1.2 標準溶液和主要試劑

各單元素標準溶液均購于國家標準物質研究中心，濃度為1000μg／mL（Si為500μg／mL）。采用基體匹配法，參考國家一級標準物質GBW07820、GBW07101、GBW07102、GBW07201、GBW07202的元素含量范圍，配制標準系列溶液。

HCl、HNO3、HF、HClO4均為 優級純；BLiO2、Na2O2均為分析純；18.2MΩ超純水。

標準溶液系列1的配置如表1。

表1 標準溶液系列1的配制 μg·mL

標準溶液系列2的配置：采用質空白樣品、國家一級標準物GBW07101、GBW07102、GBW07201配制標準系列溶液。

1.3 實驗方法

鉻鐵礦須經破碎縮分至200目。準確稱量0.0300g分別加入到容器中。稱取2.00g BLiO2在光譜純的石墨坩堝內，與樣品充分攪拌混勻，放置于1000℃馬弗爐內，熔融30min。取出樣品，趁熱將石墨坩堝中的紅色球狀熔融物倒入50mL（1＋1）HCl在100mL燒杯中，將燒杯放入超聲波清洗器中加速溶解，時間約30min。將溶液轉移至100ml容量瓶中，加入5mL（1＋1）硝酸，定容、搖勻，待測。

2 結果與討論

2.1 元素分析譜線的選擇和檢出限

電感耦合等離子發射光譜儀測試樣品時，通常對同一待測元素選擇2～4條譜線作為分析對象。一般儀器會推薦選擇元素的最靈敏線，但在實際分析中由于某些譜線的靈敏度很大，會造成強度的飽和，操作者根據經驗選擇元素的次靈敏線等。通過儀器掃描，這5種元素并無發現元素間明顯的干擾。Cr：選擇267.716nm，Si：251.611nm，Fe：234.350nm，Mg：279.078nm，Al：396.152。在儀器的最佳測試條件下，對空白溶液連續測定10次，以3倍標準偏差計算方法的檢出限（LD）。表2結果表明，5個元素的檢出限為0.003～0.020μg／mL。5個主量元素具有很好的線性關系。標準曲線1元素的線性關系的相關系數達到0.999以上，標準曲線2元素的線性關系的相關系數達到0.998以上。

表2 元素的分析線及檢出限

2.2 前處理方法和數據分析

在LiBO2為熔劑的實驗中，使用超聲波溶解樣品，鉻含量相對較高的樣品有少量的微溶物存在，未能完全溶解。采用標準曲線1測得的數據，見表3。分析數值與標準值相比，Cr元素含量偏低，Si、Al、Fe、Mg等4種元素含量也偏低。這說明了鉻鐵礦的基體復雜。標準曲線系列1中標準溶液的基體和真實礦物的基體匹配度差。

采用標準曲線2測得的數據，見表4。分析數值與標準值相比，鉻含量的數據仍然偏低，但是Si、Al、Fe、Mg與標準值吻合。

表3 LiBO2熔融處理5種標準物質的實驗數據（標線1） μg／mL

表4 LiBO2熔融處理2種標準物質的實驗數據（標線2） μg／mL

2.3 鉻的測試

稱取GBW07820、GBW07201標準物質30mg，將1.3方法中的熔劑換為過氧化鈉，采用鎳坩堝進行熔樣，馬弗爐溫度為600℃，配制的溶液［7］。表5采用標準曲線1，GBW07820和GBW07201測得氧化鉻的含量各為46.70%、1.53%，標準值的含量分別為46.56%、1.57%、，測量值和標準值吻合。

表5 Na2O2熔融處理2種標準物質的實驗數據（標線1） μg／mL

2.4 回收率

選取LiBO2熔融法處理的鉻鐵礦標樣GBW07820的溶液，作為加標回收率的實驗對象，向10mL比色管中加入1000μg／mL Cr、Fe、Mg、Al標準溶液0.25mL，加入500μg／ml Si標準溶液0.1mL。表6結果表明，BLiO2方法的回收率（R）分別為101.6～105.3%。

表6 方法的回收率

3 結語

采用偏硼酸鋰熔解鉻鐵礦，超聲波提取，選擇標準物質配制標準工作曲線，利用等離子體發射光譜法測定鉻鐵礦中的5種主量元素Cr，Si，Fe，Mg，Al。結果表明，Cr的測試值偏低，偏硼酸鋰并不能完全有效地熔解鉻鐵礦中的鉻。采用標準溶液配制的工作曲線1，鉻鐵礦樣品溶液的基體復雜，標準溶液和待測樣品的基體匹配度差，這樣測得的Cr、Si、Fe、Mg、Al元素含量數值統一偏低；采用鉻鐵礦和超基性巖配制的工作曲線2，標準溶液的基體和測試樣品的基體近似，測試樣品中的Si，Fe，Mg，Al元素的測試值與標準值吻合。通過國家一級標準物質的驗證，偏硼酸鋰熔解鉻鐵礦能有效、準確地對巖樣中的主量元素Si，Fe，Mg，Al進行測試。對于鉻鐵礦中的鉻需要采用其它方法進行分析測試，建議用強氧化性和熔解能力更強的Na2O2進行堿式熔樣，利用等離子體發射光譜法測定Cr［7］或者采用硫酸亞鐵銨滴定法測定Cr2O3的質量分數［8］。實驗表明，偏硼酸鋰熔解鉻鐵礦前處理方便快捷，對環境的污染小。通過對國家一級標準物質測定驗證，方法的準確度、精密度滿足鉻鐵礦中Si，Fe，Mg，Al等元素的定量分析要求。

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［8］張惠君.巖石全分析中偏硼酸鋰熔礦的應用.科技資訊，2006，（1）：150－151.