原子熒光光譜儀測試地質礦物中金屬元素試驗結果分析

劉美晨

（山東省第八地質礦產勘查院，山東 日照 276826）

現代開采技術的快速發展，使得人們對礦山地質中礦物質金屬元素的開采、測定環節提出了更高的要求，人們對地質礦物中金屬元素的分析也不僅僅局限于傳統的定性和定量分析，人們越來越多地開始關注地質礦山開采及應用的過程中更多元的信息[1]。長期以來，人們對于礦山中的金屬元素測定方法進行了大量的研究和試驗，有關金屬元素的測定內容眾多。由于金屬元素在礦物當中直接測定存在一定的難度，因此大多數礦山資源開發企業采用先進行金屬元素的分離富集，后檢測的方式對其進行研究。當前，常用的分離富集方法主要包括：活性炭吸附法、泡沫吸附法以及共沉淀法等。通過分離后的礦物再利用質量法、容量法等方式進一步對其測定。上述幾種方法存在的優勢在于操作十分簡便、獲取金屬元素信息時間更短，但缺點在于需要使用的儀器設備價格高昂，且檢測結果存在一定的誤差。而近幾年隨著研究的不斷深入，出現了一種原子熒光光譜儀測試方法，該方法對礦物中的金屬元素測定的主要原理是將采集到的樣品溶液噴入到原子化火焰當中，并利用專業光源激發使其達到激發態，激發態金屬原子不穩定，從而在躍遷到基態時，發射出原子熒光，這種熒光的強度會與樣品溶液中的待測金屬元素含量之間成一定的線性關系，以此獲取金屬元素含量的相關信息，該方法具有靈敏度高、測定結果準確、測定成本低等優勢。本文將針對原子熒光光譜儀測試地質礦物中金屬元素試驗結果進行分析研究。

1 原子熒光光譜儀測試地質礦物中金屬元素試驗結果分析

1.1 地質礦物中金屬元素空白值分析

對地質礦物中金屬元素的空白值測定是原子熒光光譜儀測試方法中的必要環節，同時對于待檢測的地質礦物中金屬元素是否會發生反應，產生氫化物也可進行一定的驗證，從而對試驗過程中的反應條件是否合理進行初步的判定[2]。首先，對于地質礦物中金屬元素，要使其生成氫化物，必須符合產生氫化物反應的相應條件。在進行原子熒光光譜法測試過程中，被測試的樣品溶液必須完全消解，且能夠對整個反應體系的氫離子濃度指數進行控制。通過試驗結果能夠得出，在整個反應體系當中，氫離子濃度指數的控制因素主要包括：待測試金屬元素樣品在消解后的除酸程度、測試過程中參與反應的還原劑配置濃度、還原劑所用堿元素配置濃度以及載流液所需酸性溶液濃度等。通常情況下，地質礦物中金屬元素試驗結果中空白值不會為0，當空白熒光值小于45.32時，則應當在測試過程中檢查空心陰極燈是否存在故障問題，需要考慮反應體系是否發生了反應。同時，當空白熒光值小于45.32時，可以適當調節反應體系的氫離子濃度指數進行適當的調節，或對濃度稍高的帶測定金屬元素的標準液進行測定，若完成上述操作后，空白熒光值產生了明顯的變化，則該試驗結果說明整個體系并未出現反應。當空白熒光值過高時，則可能是載流空白值超過了需要進行測試的金屬元素所用的酸濃度，或測試過程中的測試管道受到了地質礦物中雜質的污染。判斷管道或試驗試劑中是否出現污染，可采用脫去載流讓空氣進入的方式。當此時試驗得出的空白熒光值出現明顯的下降趨勢，則說明試驗試劑或管道內受到了污染，若未出現明顯的下降趨勢，則說明未受到污染。對于受到污染的管道可通過拆下整節管路用10%濃度純酸溶液對其進行清洗，再將干凈的管道重新安裝在原子熒光光譜儀上。

1.2 地質礦物中金屬元素熒光值變化分析

對于同一種地質礦物金屬元素，其在進行原子熒光光譜儀測試時，測試次數與試驗結果之間存在如圖1所示的幾種關系。

圖1 測試次數與試驗結果關系對比圖

圖1中，縱坐標F表示為原子熒光光譜儀的不同強度；虛線表示為地質礦物中金屬元素試驗結果中的真實熒光值。在正常情況下，熒光值會始終圍繞著真實熒光值上下范圍內進行波動，如圖1中的編號1所示。但隨著測試次數的不斷增加，試驗結果中的熒光值會逐漸呈現出如圖1中的編號2所示。這種情況發生的原因，主要是在原子熒光光譜儀開機時間以及將空心陰極燈開啟的時間不夠充足，在原子熒光光譜儀還處于不穩定的狀態時便開始進行測試，或空心陰極燈發生老化問題以及類似的問題產生。通常情況下，在原子熒光光譜儀開機的前60min內，熒光值呈現出明顯的上升趨勢，最少在30min以后，熒光值逐漸趨于穩定。因此在進行測試時，首先應當保證原子熒光光譜儀的開機時間在30min以上時再開始對地質礦物中的金屬元素進行測試。若存在原子熒光光譜儀或其內部空心陰極燈使用年份時間較長時，則其穩定時間需要繼續向后延長。隨著原子熒光光譜儀測試次數的不斷增加，試驗結果的熒光值將逐漸降低并逐漸趨于穩定狀態，如圖1中的編號3所示。編號3的試驗結果十分少見，在特殊情況下，若采用自動連續測定時，由于待測定的地質礦物金屬元素樣品含量加大，并且在前一組測試樣品的待測定濃度明顯大于該樣品的待測定金屬元素樣品濃度時會發生編號3的試驗結果。在對不同金屬元素樣品溶液濃度對原子熒光值的影響進行分析時可以看出，在對地質礦物中的同一種金屬元素高濃度樣品測試后，立即對低濃度的該金屬元素樣品進行測試，則試驗結果會受到一定的影響。因此在測試金屬元素樣品的過程中僅通過一次測試是無法得到科學的結果的。為保證試驗結果的準確性，應當對同一種金屬元素樣品進行三次或三次以上的測試，并取測試結果中最后兩種原子熒光值的平均值作為最終的試驗結果。當出現試驗結果中的熒光值均比實際熒光值高，如圖1中的編號4情況時，則產生這一現象的原因可能是在氫化物發生器或原子化器受被待測元素相同元素的嚴重污染，或儀器室內空氣受相同元素污染導致。當發生這一情況時，通常在測試過程中不易察覺，只有在進行同行對比測試時，通過試驗結果才能發現[3]。因此對于這一現象應當格外重視，為防止出現這種試驗結果，必須對氫化物發生器和原子化器進行定期的清洗，在不進行測試時，應當將相關儀器、設備存放在通風位置。當試驗結果中熒光值出現起伏不定，如圖1中的編號5情況時，則說明原子熒光光譜儀出現了嚴重的故障問題，必須請原子熒光光譜儀的生產廠商派專業維修人員對設備進行維修。

1.3 地質礦物中金屬元素原子熒光圖譜分析

正常情況下，利用原子熒光光譜儀測試地質礦物中金屬元素得到的試驗結果中其熒光譜圖應當呈現出對稱的峰形圖像，并且線段十分平滑、柔和，峰尖明顯。設定儀器參數中延遲時間和讀數時間也是根據測定金屬元素樣品的譜圖進行設定。在實際原子熒光光譜儀測試中，正常的原子熒光圖譜不會一直出現，而當原子熒光圖譜出現“畸形”情況時，需要對其進行特別的關注。“畸形”原子熒光圖譜不僅會影響后續的金屬元素檢測，同時其試驗結果往往存在較大的誤差。“畸形”原子熒光圖譜主要可分為六種不同形態，下面將針對六種不同形態的“畸形”原子熒光圖譜進行詳細的分析。

第一種，雙峰型原子熒光圖譜。這種形態的圖譜產生原因是由于地質礦物中待測試的金屬元素樣品的濃度過大所引發的自蝕問題影響。這種情況下，真實熒光值無法進行測定，且相對標準偏差、標準差、偶然誤差以及檢出限等均無法確定。避免這一問題發生的解決方案是對待測試的金屬元素樣品進行稀釋；

第二種，峰形不全型原子熒光圖譜。這種形態的圖譜產生原因是由于對原子熒光光譜儀讀取的時間過短，測試得出的真實熒光值不可靠、標準偏差較小、標準差較大、偶然誤差增加、檢出限高。針對這一問題的解決方法是延長讀取原子熒光光譜儀數值的時間；

第三種，峰形拖尾型原子熒光圖譜。這種形態的圖譜產生原因是由于載氣流量較小。這種情況下，真實熒光值不可靠、標準偏差較小、標準差較小、偶然誤差增加、檢出限高。針對這一問題的解決方法是增大載氣流量；

第四種，峰形扁平型原子熒光圖譜。這種形態的圖譜產生原因是由于載氣流量太大或還原劑濃度太大，光電倍增管負高壓太低或燈電流太小。這種情況下，真實熒光值影響不大、標準偏差較小、標準差較大、偶然誤差大、檢出限高。針對這一問題的解決方法是重新設置載氣流量或靜電還原劑的濃度并調高負高壓或燈電流；

第五種，譜圖在開始和結束階段明顯凹陷或扁平型原子熒光圖譜。這種形態的圖譜產生原因是由于屏弊器流量太小或原子化器較高，屏蔽效果差，產生的氫化物被氧化。這種情況下，真實熒光值不可靠、標準偏差較小、標準差較大、偶然誤差大、檢出限高。針對這一問題的解決方法是重設屏蔽器，調節原子化器高度；

第六種，波紋型原子熒光圖譜。這種形態的圖譜產生原因是由于樣品消化不全或室內空氣流動太大。這種情況下，真實熒光值、標準偏差、標準差、偶然誤差、檢出限均無法確定。針對這一問題的解決方法是關閉窗戶，注意室內空調排風量。

2 結語

原子熒光光譜儀是當前我國擁有知識產權的金屬元素測試裝置，其在實際應用過程中具有操作簡單、經濟性高等特點，對于地質礦物中的金屬元素進行測試時還具有靈敏度高、檢出限低的優勢。但在其應用時常常會由于操作不當造成試驗結果不準確的問題產生，通過本文對不同試驗結果進行詳細的分析，希望為測試人員在今后的實踐中提供更加客觀的試驗結果。