礦山地質勘查中原子吸收光譜法的應用

李志明

（中鐵資源集團中心實驗室，河北 廊坊 065000）

隨著我國工業化進程的不斷加快，礦產與能源需求量持續增加，傳統金屬礦地質勘查方式已不能滿足礦山地質勘查要求。眾所周知，原子是構成物質的本質，并以不同方式運動。原子內部運動可通過吸收能量、輻射等形式表現出來，原子光譜就是基于波長順序排列的電磁輻射，原子吸收光譜法也由此產生。原子吸收光譜法在普通金屬及重金屬的化學分析中應用廣泛，具有分析速度快、精密度高、抗干擾能力強等特點，適用于食品工業、石油化工、地質巖礦等領域[1]。近年來，我國經濟發展迅速，為了更好地的滿足人民生產生活對稀有金屬元素的需求，金屬礦的勘探與開發日益頻繁，原子吸收光譜法在金屬礦地質勘探領域的應用更加廣泛。

1 原子吸收光譜法的設備儀器與工作原理

1.1 設備儀器分析

原子吸收光譜法是檢測化學元素含量的重要方法，根據蒸汽相中待檢測元素基態原子對共振輻射的吸收強度檢測元素含量，以朗伯比爾定律為依據基于輻射特征譜線光的減弱程度實現對檢測樣本中待測元素實際含量的檢測。礦山地質勘查中應用原子吸收光譜法需要借助原子吸收光譜儀，該儀器由光源、原子化器、分光系統、數據處理系統4個主要部分組成。

1.2 工作原理分析

原子吸收光譜儀根據蒸汽相中待檢測元素基態原子對共振輻射的吸收強度，基于朗伯比爾定律原則對元素含量進行檢測。其檢測工作原理是基于待檢測元素的基態原子能級躍遷。原子吸收是呈氣態原子對同類原子輻射出的特征譜線所表現出的吸收現象。當輻射投射到原子蒸汽，如果原子由基態躍遷至激發態所需能量與輻射波長相等，則會引起原子對輻射的吸收，形成吸收光譜[2]。原子吸收光譜是根據朗伯比爾定律，實現對檢測樣本中化合物含量的確定。已知所需樣品元素吸收光譜、摩爾吸光度、優先吸收特定波長的光，基于每種元素需消耗一定能量從基態轉化至激發態，在進行原子吸收光譜法檢測時基態原子吸收特征輻射，通過檢測基態原子吸收特征輻射的程度，即可實現對檢測樣本中待測元素含量的測量[3]。礦山地質勘查中應用原子吸收光譜法應對待測元素進行處理，最為關鍵的一點是將待測元素轉化為基態原子，完成原子化過程。

2 金屬礦地質勘查應用原子吸收光譜法的流程

金屬礦地質勘查中應用原子吸收光譜法，常用的原子化方式有石墨爐原子化器、空氣-乙炔火焰原子化器，其中石墨爐原子化器的最高原子化溫度為2800℃～3000℃，空氣-乙炔火焰原子化器的最高原子化溫度范圍為1800℃～2200℃。在金屬礦地質勘探中，原子吸收光譜法的實際應用流程如下：首先打開電源，空心陰極燈會發射出相應波長；然后采用火焰法，基于霧化器實現對檢測樣本的處理；霧化器處理完畢的檢測樣本至燃燒端口后，在乙炔作用下送至石墨管；高溫狀態下檢測樣本完成原子化過程；轉化至氣態原子的檢測樣本，經待測元素特征波長輻射照射，會引起少量輻射被基態原子吸收；分光系統進行選擇后，由光電倍增管檢測器進行檢測，進一步得到輻射減弱情況，減弱的相應程度即原子吸光度。遵循朗伯比爾定律，在一定濃度下，原子吸光度與待測元素濃度為線性關系。

3 金屬礦地質勘查應用原子吸收光譜法注意事項

在金屬礦山地質勘查中，原子吸收光譜法可用于多種金屬元素的測定，其中火焰原子吸收光譜法能夠測得10-9g/ml數量級，而石墨爐原子吸收法能夠測得10-13g/ml數量級。原子吸收光譜法因其結構簡單、操作簡便、易于掌握、價格低廉在金屬礦地質勘查中被廣泛應用，因其分析性能良好、發展速度快在金屬礦地質勘查中被廣泛推廣。但該技術用于金屬礦地質勘查也存在一定的不足之處，原子吸收光譜法的靈敏度高，但檢出限較低，在多元素同時測定時尚有困難，一些元素的測定靈敏度還不能令人滿意。為了提高原子吸收光譜法用于金屬礦山地質勘查的準確度和靈敏度，應進一步明確原子吸收光譜法檢測的注意事項。

首先結合金屬礦地質特征，做好最佳條件的選擇，選擇吸收波長、原子化工作條件、空心陰極燈的預熱時間、空心陰極燈的工作電流、火焰燃燒器試液提升量、火焰燃燒器火焰類型、火焰燃燒器高度、燃氣助燃氣的進氣量、石墨爐操作時的惰性氣體、石墨爐最佳原子化溫度、光譜通帶、檢測器光電倍增管工作條件。其次注意結合金屬礦地質特征，分析原子吸收光譜法應用時的干擾因素，制定干擾消除對策。通常情況下，金屬礦山地質勘查中應用原子吸收光譜法主要存在背景干擾和化學干擾。背景干擾可以通過雙波長法、自吸收法、塞曼效應法等消除；化學干擾可以通過改變火焰溫度、加入緩沖劑、加入釋放劑、加入保護絡合劑等消除[4]。與此同時，在采用石墨爐方法進行金屬礦地質勘查時，相對標準偏差RSD如大于11%，氬氣瓶中內部壓強應大于0.6MPa，純度應大于99.1%，嚴密監測石墨管的移動、形變、阻塞、表面潔凈情況，發現異常立即調整，并做好冷凝水溫度與冷凝水水位異常情況的監測，確保檢測儀器正常運行，確保檢測方法正確、標準，確保檢測結果可靠、穩定。在采用火焰原子吸收光譜法進行金屬礦地質勘探時，應注意準確調控燃燒頭的位置、燃氣流量比例、霧化器實時運行狀態，進行檢測操作前應檢查乙炔氣瓶壓強，壓強小于0.6MPa時及時更換；在進行點火操作時緩慢打開乙炔氣瓶，成功點然后緩慢、準確、合理地調整相關參數，防止爆炸的發生。

4 結語

金屬礦山地質勘查中應用原子吸收光譜法在很大程度上促進了勘查工作的開發和創新。但在實施原子吸收光譜法檢測時，需要相關工作人員做到科學合理操作，做好設備儀器的維護，落實原子吸收光譜檢測的質量控制，才能保證測量信息的精確性。從而提高金屬礦山地質勘查效率，為金屬礦山資源的開發提供準確理論依據。