分析電感耦合等離子體發射光譜法測定銅多金屬礦石中的金屬元素

高宗義

（甘肅省有色金屬地質勘查局天水礦產勘查院，甘肅 天水 741300）

自然界中單礦物樣品量相對比較少，且其檢測相對比較簡單，很多學者針對單礦物樣品的檢測做了大量的工作，取得了很多研究成果[1]。但是在實際中，多金屬礦石所占比例更高，這給金屬元素的檢測工作帶來了很大難度。在長期的工作實踐中，人們總結了很多多金屬礦石金屬元素檢測方法，其中電感耦合等離子體發射光譜法的應用最為廣泛，檢測效果最優[2]。利用該方法對多金屬礦石金屬元素進行檢測時，不需要對礦石中的各種化學元素進行完全分離，可以直接對其進行檢測。因此其操作過程簡便、檢測效率高[3]。本文主要介紹了電感耦合等離子體發射光譜法在銅多金屬礦石中常量元素和其他微量元素的檢測過程。

1 實驗儀器與步驟

1.1 實驗儀器和試劑

（1）實驗儀器。本文主要是利用電感耦合等離子體發射光譜法對銅多金屬礦中的金屬元素進行測定，使用的儀器為對應的光譜儀，具體型號為IRISIntrepi，該設備由美國公司研制生產。設備工作時通過蠕動泵將制作好的樣品送入設備內部進行檢驗，設備還配備有高鹽霧化器。儀器自帶有分析軟件，軟件可以在Windows系統中運行，通過軟件可以對設備進行操作與控制。設備正常工作時的技術參數主要如下：入射和反射功率分別為1.13kW和4.8W，冷卻氣體和加載氣體的流量分別控制在每分鐘15.5L和0.4L左右，輔助氣體流量控制在每分鐘0.8L，且要求在點火后立即將其關閉，樣品的提升量控制在每分鐘0.3ml左右。

（2）檢測試劑。在對銅多金屬礦石金屬元素進行檢測時，需要用到對應金屬元素的標準儲備液，為了確保實驗過程的準確性，所有使用的標準儲備液全部按照國家標準執行，其濃度大小為1g/L，檢測過程中根據實際需要對標準濃度的儲備液進行稀釋。其他檢測試劑按實際需要選用，要求質量達到優級純。

1.2 樣品準備步驟

在顯微鏡的協助下對銅多金屬礦石進行挑選，從中挑出銅礦單礦物樣品，然后將其放置在研體內進行研磨，直到樣品能夠順利通過100目的網篩，對應的孔徑大小為140μm。利用電子天平準確量取研磨后的單礦物樣品0.1000g，并將其放置到聚四氟乙烯坩鍋內，然后向坩鍋內添加少許去離子水將樣品濕潤，再向內部添加少量包含Pd元素的溶液并確保坩鍋內Pd元素的濃度為10μg/ml，最后添加鹽酸溶液10ml。將坩鍋整體放置在電熱板上，通電對其進行加熱，加熱溫度控制在180℃，加熱時間持續1h，向坩鍋內添加硝酸2ml，讓單礦物樣品在坩鍋內逐漸溶解。樣品徹底溶解后，繼續對坩鍋進行加熱蒸餾，待其體積縮小至1ml時停止加熱，并讓其冷卻到室溫，然后樣品轉移到10ml的容量瓶中備用。

1.3 檢測流程

打開儀器設備配套的電腦并開啟配套的操作軟件，進入銅多金屬礦石分析系統，然后對軟件程序進行標準化處理。通過分析軟件自帶的背景矯正程序對儀器設備的背景系數進行修正，避免背景因素對實驗結果造成不良影響。啟動干擾元素矯正程序，對矯正系數進行檢測。完成上述準備工作后，即可正式啟動銅多金屬礦石中金屬元素的檢測工作。

2 實驗結果分析與討論

（1）儀器檢出限及方法測定下限。檢出限是對儀器設備檢測精度的重要評價指標，其基本定義為儀器設備在對應的檢測方法條件下，在規定的置信度要求下能夠從實驗樣品檢測出相關物質的濃度極限，通常為最小濃度極限。其計算公式為：，式中，CL表示儀器檢出限；M表示待檢測樣品物質濃度較低時對應標準曲線的斜率；Sb表示待檢測溶液為空白時對應的標準差；K表示規定的置信度，通常在2～3范圍內取值，本文將K選取為3進行計算。

提前準備好空白溶液和純基體溶液，其中純基體溶液中Cu元素的濃度為30mg/L，Fe元素的濃度同樣為30mg/L。啟動儀器的檢測程序并分別對以上兩種溶液樣品進行檢測，為避免檢測過程中的隨機誤差對檢測結果的干擾，每種檢測均開展10次，最終結果取10次實驗結果的平均值。

實驗結果表明，儀器設備對于不同元素的檢出限呈現出不 同 的 結 果，Cd、Co、Cu、Fe、In、Mn、Ni、Pb、Zn元 素對應的檢出限分別為0.0035g/L、0.0066g/L、0.0062g/L、0.0032g/L、0.0064g/L、0.0018g/L、0.0060g/L、0.0069g/L、0.0028g/L，對于上述金屬元素，利用電感耦合等離子體發射光譜法檢測的下限同樣表現出明顯的差異，對應的結果分別為1.05μg/g、3.68μg/g、4.16μg/g、1.56μg/g、3.21μg/g、1.42μg/g、4.71μg/g、5.43μg/g、1.23μg/g。

（2）基體干擾校正。實際上，在利用電感耦合等離子體發射光譜法進行元素檢測時，產生的基體干擾現象不是非常明顯，但是仍然存在這種現象。基于此，在檢測時需要對基體干擾現象進行校正，以提升檢測結果的精密度。常用的校正方法主要包含兩種：其一，確保標準溶液和試樣溶液擁有基本相似的基體匹配；其二，在試樣溶液內部添加適量的內標元素。實踐中以上兩種方法均可以取得較好的效果。

本次實驗中同時采用上述兩種方法進行校正，首先向標準溶液內部添加一定的基體元素，即Cu和Fe元素，確保了標準溶液和試樣溶液擁有基本相似的基體匹配，然后在試樣溶液中添加適量的Pd元素。通過以上措施有效解決了標準溶液和試樣溶液之間的由于粘度差異而導致的不良效果。

（3）背景干擾校正。利用本文所述方法進行金屬元素檢測時，試樣內部的分子絕大部分都已經處于被解離的狀態，所以分子光譜干擾問題不是非常明顯。已有的理論和實踐經驗均表明，實驗時的工藝參數會對蒸發和解離干擾產生比較大的影響，一般而言，如果設備運行功率低（導致溫度偏低）、載氣流量大（導致氣體在儀器內停留時間長）、待測樣品含量偏低時，產生的干擾現象就越明顯。

為了降低背景干擾問題，本次實驗過程中首先對儀器設備的工藝參數進行仔細調試，比如合理選擇燈炬參數和實驗參數，具體參數見1.1節。此外，還通過離峰校正的措施有效規避了背景干擾現象。采取上述校正措施后，儀器自帶的軟件程序可以對背景系數進行自動檢測，并且通過對光譜位移器的準確控制，儀器可自動對背景干擾校正進行扣除，從而得到準確的結果。Cd、Co、Cu、Fe、In、Mn、Ni、Pb、Zn元素的背景校正系數的檢測計算結果分別為0.96、1.11、1.22、1.24、1.41、1.17、1.01、0.89、1.33。

（4）干擾系數校正。在開展多金屬元素檢測時，不同金屬元素之間的檢測結果不可避免的會相互交叉影響。干擾系數指的是在對分析金屬元素進行檢測時其他金屬元素對其造成的影響程度。具體操作時，首先向待檢測樣品內部添加適量的待檢測金屬元素標準溶液，此舉可以校正待檢測金屬元素的分析通道，然后再向待檢測樣品中添加適量其他干擾金屬元素標準溶液，儀器即可獲得該金屬元素的干擾系數。對于本次檢測實驗工作而言，在分析多金屬含量時，干擾金屬元素主要就是Cu和Fe兩種元素。本次檢測實驗中，Cu和Fe兩種干擾元素的濃度全部設置為1mg/L。實驗結果表明，在本次實驗的濃度范圍內，Cu和Fe兩種干擾元素對其他金屬元素的造成的干擾情況基本相同。在開展上述干擾系數校正實驗過程中，需要將儀器設備自帶的干擾系數校正程序啟動運行，儀器會自動檢測相關結果并對其進行計算，可以得到對應的干擾系數。結果如下：Fe干擾元素對Cd、Co、Cu、Fe、In、Mn、Ni、Pb、Zn元素的干擾系數分別為-0.0039、-0.0047、0.0179、0.0082、0.4991、0、0.0002、-0.0993、-0.6523，Cu干擾元素對以上元素的干擾系數分別為0、0.000068、-0、0.00001、0.0007、0.00003、0.00006、-0.0005、0.00039。該實驗對干擾系數進行了準確的校正，達到了預期效果。

（5）銅多金屬礦石中金屬元素檢測結果。做好上述基本工作后，可以開始對銅多金屬礦石中的金屬元素進行準確檢測。為了提升實驗結果的準確性，避免實驗誤差對最終結果造成的不良影響，此次實驗共準備了8份相同的銅多金屬礦石樣品。獲得8份實驗樣品的檢測結果后，對各元素的檢測結果求平均值，同時對其相對誤差和標準偏差進行計算，所得結果如表1所示。

表1 銅多金屬礦石中金屬元素的檢測結果統計

由表中數據可以看出，除Ni元素相對誤差超過了5%以外，其他金屬元素的相對誤差均控制在了5%范圍以內。另外，所有金屬元素的檢測結果相對標準偏差均沒有超過10%。相對誤差和相對標準偏差的計算結果表明此次檢測結果具有很好的可信度。

3 結語

鑒于銅多金屬礦石中多金屬元素的檢測難度相對較大，本文利用鹽酸和硝酸對實驗樣品進行溶解，并對實驗檢測過程中可能存在的偏差問題進行校正。最終的實驗結果表明，利用電感耦合等離子體發射光譜法對礦石中的多金屬元素進行檢測，可以取得很好的實踐應用效果。