ICP-MS測(cè)定礦物樣品中多種金屬元素

鄺安宏，祁生平

(1.江西省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開(kāi)發(fā)局 地球物理地球化學(xué)實(shí)驗(yàn)測(cè)試所，江西 南昌 330201；2.虔東稀土集團(tuán)，江西 贛州 341000）

礦物樣品中多種元素的測(cè)定,尤其是金屬元素的測(cè)定方法何其之多,目前主要有ICP光譜方法、ICP酸溶質(zhì)譜方法、ICP-MS方法等。由于金屬元素內(nèi)部離子結(jié)構(gòu)的特別,它的光譜就變得非常復(fù)雜,因此，通常采取的ICP 光譜方法收到的干擾程度就十分嚴(yán)重。而酸溶ICP 質(zhì)譜方法的操作比較簡(jiǎn)單、便捷,但由于受到礦物樣品多重性質(zhì)的限制,這種方法就具有一定的限制[1]。恰恰相反的是，雖然ICP-MS方法在堿熔環(huán)節(jié)中的操作步驟比較麻煩,溶液的離子濃度較大,但是假如說(shuō)，可以把這些問(wèn)題一一解決的話,測(cè)定礦物樣品中金屬元素的存在的時(shí)候就會(huì)變得較為方便。在保障測(cè)試水平達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的前提上,對(duì)實(shí)驗(yàn)程序進(jìn)行改良,另外利用“ Y” 同步內(nèi)標(biāo)法,對(duì)儀器的即時(shí)動(dòng)作進(jìn)行優(yōu)化。

1 實(shí)驗(yàn)階段

1.1 實(shí)驗(yàn)儀器與藥劑

實(shí)驗(yàn)所需要的儀器設(shè)備是美國(guó)hermo 公司出產(chǎn)的X Seris Ⅱ電感耦合等離子體質(zhì)譜儀，工作性能優(yōu)良，技術(shù)水平領(lǐng)先世界平均水平[2]。實(shí)驗(yàn)所需溶劑用水則是由北京兩峰多邦科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的GN-R-O-101 超純水質(zhì)處理系統(tǒng)單獨(dú)制作的。實(shí)驗(yàn)過(guò)程之中需要的實(shí)驗(yàn)藥劑，是由北京化學(xué)試劑研究所出產(chǎn)氫氧化鈉、過(guò)氧化鈉和硝酸(B-VII)，并對(duì)它們的純度進(jìn)行分析，實(shí)驗(yàn)要求一般是純級(jí)別以上。國(guó)家一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)則是由廊坊世界物理化學(xué)勘查研究所生產(chǎn)的[3]。藥劑的濃度實(shí)驗(yàn)要求是10 mg·L-1,測(cè)定元素劃為3組,第1組含有15種金屬元素,GSB-04-179-204；第2組含有鈹、硼等9種金屬元素,GS-B04-177-204；第3組含有鋯等4種金屬元素,GS-B04-177-204。這些金屬元素的標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度都是由國(guó)家金屬及電子材料分析科提供的。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

分別取含有測(cè)定金屬元素的各種標(biāo)準(zhǔn)溶劑液體進(jìn)行逐一混合,配比濃度都是為1.1mg·L-1的標(biāo)準(zhǔn)混合溶液。液體介質(zhì)一一為4%硝酸,并逐漸進(jìn)行稀釋,配比濃度分別為0.1、1.0、11.0、110.0μg·L-1的標(biāo)準(zhǔn)溶液。取0.10 g的礦物樣品放在實(shí)驗(yàn)坩堝之中,加入1.0 g Na2O2混合,覆沒(méi)下方的0.6 g已加溫到800℃的高溫吊爐內(nèi),保證溫度，融化時(shí)間為20 min,取出待冷卻之后,另外放入300 mL溶劑于實(shí)驗(yàn)大燒杯之中,之后加入1000 mL的熱水加快試驗(yàn)藥劑的溶解速度,放置一旁等待過(guò)夜。用慢速過(guò)濾紙條進(jìn)行再次過(guò)濾,用3%的NaOH溶液進(jìn)行15次沉淀,再用2%的HNO3將沉淀物加入到預(yù)先放有3滴酚酞試劑的燒杯內(nèi),將過(guò)濾紙洗干凈。當(dāng)燒杯內(nèi)的溶液變成無(wú)色的時(shí)候,再滴入3 mL的 濃HNO3 ,用水定置,進(jìn)行搖勻后待檢測(cè)。實(shí)驗(yàn)設(shè)備分析的時(shí)候加入國(guó)家規(guī)定的溶液標(biāo)準(zhǔn)濃度和樣品去稀釋,之后計(jì)算機(jī)就會(huì)自動(dòng)進(jìn)行計(jì)算處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 內(nèi)標(biāo)元素的選擇

內(nèi)標(biāo)元素對(duì)測(cè)量結(jié)果起著非常重要的影響。實(shí)際操作中需要充分考慮到測(cè)定礦物樣品中是否含有多種元素或某種元素含量是否過(guò)低,還要考慮加入過(guò)多的內(nèi)標(biāo)元素又是否會(huì)給實(shí)驗(yàn)過(guò)程帶來(lái)不利作用。利用實(shí)驗(yàn),確定加入的10 μg ·L-1的R-h 作為內(nèi)標(biāo)元素的效果是最好的,內(nèi)標(biāo)元素的強(qiáng)度甚至高達(dá)3000000s-1,對(duì)實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)中實(shí)驗(yàn)設(shè)備的條件發(fā)生改變的時(shí)候產(chǎn)生的影響可以進(jìn)行有效補(bǔ)償,當(dāng)然也有會(huì)采取R-h 和R-e的雙重內(nèi)標(biāo),但手續(xù)卻極其繁瑣。

2.2 實(shí)驗(yàn)溶劑量的選擇

通過(guò)對(duì)國(guó)家一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)礦物質(zhì)GB-W0-7103 、GBW0-7105 進(jìn)行熔化條件的實(shí)驗(yàn),分別測(cè)試了Na2O2的含量、熔化溫度以及融化時(shí)間對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生的影響。在取樣本含量為0 .10 g 的基礎(chǔ)上,Na2O2放入量是不列入覆蓋層面的，是在單獨(dú)含量1.0 ～ 4 .0 g的基礎(chǔ)上進(jìn)行試驗(yàn),實(shí)驗(yàn)表明藥劑毫無(wú)變化。不同堿的含量對(duì)金屬元素鑭和鉿的影響結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 不同堿的含量對(duì)金屬元素鑭和鉿的影響結(jié)果

從表格中，可以看出Na2O2的不同含量對(duì)照組，劑量不同結(jié)果也不同。如果當(dāng)Na2O2的放入量要比1.0 g要低的時(shí)候,由于溶劑含量較低,樣品嚴(yán)重粘鍋,這樣反而不利于結(jié)晶體的攝取；相反,如果藥劑的放入量越高，那么就會(huì)給實(shí)驗(yàn)儀器的洗滌帶來(lái)較大的麻煩,所以，實(shí)驗(yàn)會(huì)選擇加入2.0g的Na2O2。

3 結(jié)語(yǔ)

本文以Na2O2為主要實(shí)驗(yàn)藥劑,采取高溫熔化的方法對(duì)礦物樣品進(jìn)行測(cè)定,此方法適合于各種礦物樣品類型；在礦物樣品的處理上一律通過(guò)過(guò)濾措施進(jìn)行直接酸化定置,大大節(jié)省了再提取的時(shí)間和環(huán)節(jié),同時(shí)檢測(cè)金屬元素由24種提高到29種。通過(guò)幾年來(lái)的研究,數(shù)百種礦物樣品的測(cè)試表明,ICP-MS方法更為穩(wěn)定、可靠,實(shí)驗(yàn)性強(qiáng),便于操作,手續(xù)簡(jiǎn)單、快捷，大大提高了實(shí)驗(yàn)效率。