ICP-OES法分析復雜巖石樣品中的硅酸鹽九項以及磷元素的干擾校正

劉思琪，王玉學，劉 環

(核工業二四〇研究所，遼寧 沈陽 110135)

在地質學中，巖石的成分非常復雜，通過分析結果可以了解巖石內部的成分以及變化規律，為地質勘探工作提供有效的幫助。隨著科技的進步和方法的不斷成熟，分析方式有很多種，比如原子吸收光譜法、ICP-MS法、X射線熒光光譜法、ICP-OES法等。其中原子吸收光譜法只能進行單元素測量，無法實現多種元素的同時測量；ICP-MS法的檢出限低，對于含量較高的元素無法準確測量；X射線熒光光譜法的成本高等。

ICP-OES法具有簡便高效、準確度高、線性范圍寬、穩定性好以及干擾少等優勢，被廣泛用于地質、環保、食品等諸多領域，發揮著十分重要的作用。ICP-OES法利用測定的光譜波長定性分析，利用發射光強度定量分析[1]。本文結合ICP-OES法在地質巖石樣品中的分析經驗[2-3]，對復雜巖石中K2O、CaO、Na2O、MgO、Al2O3、Fe2O3、TiO2、MnO、P2O5硅酸鹽九項進行分析測定，結果較為理想。

1 實驗部分

1.1 主要儀器與試劑

(1)儀器：ICP-OES Optima 7300DV( 美國 PerkinElmer公司)，儀器的工作參數見表1；CT1461-35型電熱板(天津拓至明實驗儀器技術開發有限公司)；BSA124S-CW型電子天平(賽多利斯科學儀器(北京)有限公司)。

表1 電感耦合等離子體發射光譜儀工作參數Table 1 Operating parameters of ICP-OES

(2)主要試劑：鹽酸(分析純)；硝酸(分析純)；氫氟酸(分析純)；高氯酸(分析純)；國家標準物質：GBW07103(GSR-1)、GBW07104(GSR-2)、GBW07105(GSR-3)、GBW07106(GSR-4)、GBW07107(GSR-5)、GBW07108(GSR-6)；去離子水。

1.2 實驗步驟

稱取0.0500 g碎好的巖石樣品于50 mL 聚四氟乙烯燒杯中(稱樣前加入幾滴去離子水，防止粉撲)，同時做空白實驗，用塑料量筒加入25 mL 四酸溶液(HCl∶HNO3∶HF∶HClO4=4∶3.5∶6.5∶2，現用現配)，放置電熱板上先低溫加熱，待溶解充分后提高溫度，待白煙冒盡后加入 5.00 mL 4 mol/L的鹽酸溶液提取，取下用蒸餾水轉移至50 mL容量瓶，定容搖勻。然后用ICP-OES進行分析檢測。

1.3 標準曲線的制作

地質巖石樣品的成分較為復雜，基體效應不容易控制，采用和待測樣品成分和含量相近的國家標準物質制作工作標準曲線，可以較好的改善這種影響。本文采用國家標準物質GBW07103(GSR-1)、GBW07104(GSR-2)、GBW07105(GSR-3)、GBW07106(GSR-4)、GBW07107(GSR-5)、GBW07108(GSR-6)隨樣品在相同條件下消解，制作工作曲線。

2 結果與討論

2.1 樣品前處理

堿熔也可以分解樣品，但卻引入很多基體元素，含有的鹽分較高，所以本實驗采取四酸溶礦，可以使樣品充分溶解。鹽酸可以分解很多金屬及其氧化物；硝酸可以消解有機物，具有強氧化性；氫氟酸是唯一可以分解以硅為基質的樣品的無機酸；高氯酸為強氧化劑，與有機化合物發生強烈化學反應，使用時要注意安全，它可以驅趕鹽酸、硝酸和氫氟酸，本身也易于蒸發除去。硫酸及磷酸在分析中偶爾能用到，因為會有一部分特殊難溶樣[4]。本實驗用四酸溶解樣品，溶解較為充分。

2.2 分析線的選擇

譜線的選擇參照ICP專用光譜線波長表再結合實際測量選擇最優的譜線，觀察位全部為軸向，各元素的分析譜線見表2。

表2 各元素的分析譜線Table 2 Analytical lines of each element

ICP-OES在分析測定時存在共存元素譜線重疊干擾的現象，所以要選擇靈敏度高、穩定性好的譜線可以有效地消除光譜干擾。先定性分析，再通過每個元素的濃度和強度進行干擾校正，調整或重新選擇當前情況下待測元素的最佳波長，把溶液稀釋到標準曲線內定量分析。整個過程，儀器操作簡便、快速。

2.3 光譜干擾的校正

ICP-OES法有基體效應以及光譜干擾，有的元素還存在背景干擾，可以結合儀器具備的背景校正技術給予扣除[5-8]。在進行數據處理時，若干擾較大可以選擇次靈敏線，旁邊的干擾會減小或者消失。例如在處理某一復雜巖石樣品中的P元素時，波長為213.617 nm時峰形較為復雜，干擾峰較大，更換成波長為178.221 nm時峰形較為理想，干擾小，處理結果較為理想。對比結果如圖1～4。

圖1 帶有復雜樣品時P的峰形Fig.1 Peak shape of P with complex samples

圖2 正常樣品P的峰形Fig.2 Peak shape of normal sample P

圖3 波長為178.221 nm時復雜樣品P的峰形Fig.3 Peak shape of complex sample P at 178.221 nm

圖1和圖2表明，多個樣品同時進行數據處理和校正時，其他樣品因為高響應值的4號復雜樣品存在，導致峰形幾乎看不到。但這并不代表在此波長下沒有峰，所以需要去掉這個特殊復雜的樣品，重新對其他樣品進行處理，整體峰形如圖2，較為理想。

圖1和圖3表明，對于4號復雜樣品則需要單獨進行處理，響應值高并不代表P的含量一定高，可能是巖石成分較為復雜，對P元素的測定形成干擾，查詢ICP專用光譜線波長表發現Cu元素在波長為213.957 nm時可能對波長為213.617 nm的P元素造成干擾。嘗試更換P元素的其他波長進行重新分析，發現在P元素波長為178.221 nm時峰形較為理想，干擾小，4號復雜樣品通過2.3光譜干擾的校正，處理結果較為理想，對比測定結果見表3。

圖4表明，在處理多個樣品時，要逐一對每一個樣品進行峰形確認，因為是同時處理不可能兼顧所有樣品，當發現有結果為0時，要單獨對其處理，如圖4所示，1號、2號和3號樣品在處理時峰在基線下面，所以沒有列入計算，重新單獨處理后發現含有P，并不是為0，對比測定結果見表3。

表3 處理前后P2O5含量對比Table 3 Comparison of P2O5 Content before and after Treatment

2.4 樣品加標回收率

通過對3號和4號樣品進行加標回收試驗，考察此方法的準確度。稱樣時分別加入巖石標準物質0.05 g，K2O、MgO、Al2O3、Fe2O3、TiO2、MnO、P2O5七項加入的標準物質是GBW07108(GSR6)，CaO項加入的標準物質是GBW07103(GSR1)，Na2O項加入的標準物質是GBW07106(GSR4)，按照1.2實驗步驟對樣品進行前處理，然后用ICP-OES分析檢測，測得加標回收率見表4。表4表明：該方法測得K2O、CaO、Na2O、MgO、Al2O3、Fe2O3、TiO2、MnO、P2O5硅酸鹽九項的加標回收率在96%～101%之間。

表4 加標回收試驗結果Table 4 Results of standard recovery test

2.5 正確度和精密度實驗

準確稱取GBW07108國家標準物質11份于聚四氟乙烯燒杯中，按1.2的分析方法分解試樣，ICP-OES測試各項，相對誤差(RE)和相對標準偏差(RSD)的結果見表5。表5表明：此方法測定的硅酸鹽九項，結果和標準值基本一致，相對誤差(RE)在-1.05%～0.95%之間，對GBW07108測試精密度(RSD，n=11)為0.13%～1.85%。

表5 正確度和精密度試驗結果Table 5 Accuracy and precision test results

3 結論

采用四酸消解ICP-OES法分析測定復雜巖石中的硅酸鹽九項，實驗所測得的數據準確度、精密度比較理想，測量結果比較滿意。其中對復雜巖石樣品中P元素的干擾進行校正重新處理，并對處理方法進行了歸納總結，結果較為理想。整個流程操作簡單、高效，可大批量分析巖石樣品。