電感耦合等離子體發(fā)射光譜法測定磷精礦中磷、鎂、鈣、鐵、鋁、鉀、鈉、硫

唐麗丹，高德池，易 琴，丁桂成

（湖北大峪口化工有限責任公司，湖北 荊門 443100）

0 引言

磷礦石與磷精礦中磷、鎂、鈣、鐵、鋁、鉀、鈉、硫8 種元素，主要采用容量法、分光光度法、原子吸收法等測定，需要逐一單獨進行測定，以人工操作為主，分析流程長，檢測效率較低［1］。

電感耦合等離子體發(fā)射光譜法（ICP-AES），不僅能快速、準確地測定數(shù)據(jù)，而且檢測范圍較寬［2］。試樣經(jīng)溶解處理后直接用儀器檢測，可以同時檢測數(shù)個組分的含量，縮短了檢測時間，避免了化學(xué)試劑的使用，在控制化學(xué)污染方面具有極大優(yōu)勢，十分符合當前社會的環(huán)保與科學(xué)理念。

1 實驗部分

1.1 儀器及工作條件

主要儀器：Multiwave 5000 微波消解儀；電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀，存在兩種觀察方式，水平和垂直，水平觀察方式可以充分對元素進行燃燒，但存在的干擾較大，垂直觀察方式是氣體噴射與火焰成垂直方向，干擾因素較少。

ICP-AES 工作條件：觀察方式，硫元素測定采用水平方式，其他元素測定均采用垂直方式；發(fā)射功率1 150 W；載氣流量0.5 L/min；輔助氣流量0.5 L/min；冷卻氣流量12.0 L/min。

1.2 標準溶液和主要試劑

實驗中所采用的試劑均為優(yōu)級純及以上試劑，去離子水為二級水；高純氬氣，純度≥99.999%。

標準溶液：根據(jù)磷精礦中8 種元素的常規(guī)含量，將標準試劑磷、鎂、鈣、鐵、鋁、鉀、鈉、硫配制成質(zhì)量濃度為100 μg/mL 的標準溶液，將標準試劑磷、鈣配制成質(zhì)量濃度為1 000 μg/mL 的標準溶液。

1.3 樣品預(yù)處理方法選擇

酸溶法：稱取試樣0.1～0.5 g，精確至0.000 1 g，將試樣置于300 mL 聚四氟乙烯燒杯中，加少量水潤濕，小心加入鹽酸20 mL、硝酸7 mL，于電熱板上緩慢加熱至沸騰，保持微沸至燒杯內(nèi)溶液剩5 mL 左右；取下稍冷后加入鹽酸10 mL，加熱微沸10 min，取下，冷卻后轉(zhuǎn)移至250 mL容量瓶，用水稀釋至刻度，搖勻，用慢速濾紙干過濾，待測。

堿熔法：稱取試樣0.1～0.5 g，精確至0.000 1 g，將試樣置于鋪有4.0 g NaOH 的銀坩堝中，表面覆蓋4.0 g NaOH，置于高溫爐中，高溫爐初始溫度低于200 ℃，緩慢升溫至670 ℃并保持10 min，取出后用鹽酸溶液和熱水將樣品轉(zhuǎn)移至250 mL燒杯中，并加入濃鹽酸30 mL，冷卻后轉(zhuǎn)移至250 mL 容量瓶中，用水稀釋至刻度，搖勻，用慢速濾紙干過濾，待測。

微波消解法：稱取試樣0.1～0.5 g，精確至0.000 1 g，將試樣置于高溫壓力密封消解罐中，加水潤濕，加入鹽酸20 mL、硝酸7 mL，搖勻，待無明顯氣泡產(chǎn)生時，將密封消解罐擰緊，放入高溫高壓微波消解爐中，設(shè)置升溫程序，在約10 min內(nèi)使溫度從室溫上升到150 ℃，保持10 min，繼續(xù)升溫至180 ℃（升溫時間約5 min），保持10 min。消化后冷卻至室溫，將消化液轉(zhuǎn)移到250 mL 容量瓶中，用水稀釋至刻度，搖勻，用慢速濾紙干過濾，待測。

1.4 標準曲線繪制

分別吸取100 μg/mL 磷、鈣標準溶液0、2.00、4.00、6.00、8.00 mL于5個容量瓶中，1 000 μg/mL 磷標準溶液1.00、2.00 mL，1 000 μg/mL 鈣標準溶液1.00、3.00 mL于2個100 mL容量瓶中，加入鹽酸3 mL，用水定容，混勻。分別吸取100 μg/mL 鎂、鐵、鋁、鉀、鈉標準溶液0、2.00、4.00、6.00、8.00、10.00 mL 于6 個100 mL 容量瓶中，加入鹽酸3 mL，用水定容，混勻。吸取100 μg/mL 硫標準溶液0、2.00、4.00、6.00、8.00、10.00 mL 于6 個100 mL 容量瓶中，加入鹽酸3 mL，用水定容，混勻。用ICP-AES 在推薦譜線波長處測定各標準溶液的輻射強度。以各標準溶液中被測元素質(zhì)量濃度為橫坐標，相應(yīng)的輻射強度為縱坐標，繪制標準曲線。

1.5 樣品測定

根據(jù)被測元素的質(zhì)量分數(shù)，從制備的試樣溶液中分取一定體積試液，置于100 mL 容量瓶中，加入鹽酸3 mL，用水定容，混勻。用ICP-AES在與標準系列溶液相同的條件下，測得各元素的輻射強度，并在標準曲線上查出相應(yīng)的質(zhì)量濃度。

空白實驗：除不加試樣外，其他步驟同試樣溶液的測定。

2 結(jié)果與討論

2.1 樣品預(yù)處理方法選擇

對磷精礦的3 種預(yù)處理方法測定結(jié)果進行對比，結(jié)果見表1。磷、鎂、鈣、鐵4 種元素含量測定采用酸溶、堿熔、微波消解法均可行；鋁、硫用酸溶法制備的溶液檢測結(jié)果偏低；堿熔法可以充分熔解樣品，但在熔融過程中加入數(shù)倍的氫氧化鈉，因此該法制備的溶液不能測鉀、鈉，且酸化后會導(dǎo)致樣品溶液中的鹽分過多，而ICP-AES 霧化器對樣品溶液的鹽分有要求，一般要求其質(zhì)量分數(shù)不超過10%，過高會堵塞霧化器。微波消解法引進的雜質(zhì)少，檢測結(jié)果整體可靠。以下實驗選擇微波消解法作為樣品預(yù)處理方法。

表1 3種樣品預(yù)處理方法對比

2.2 分析譜線的選擇

電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀針對每一種元素都有數(shù)條可供選擇的分析譜線，實驗采用ICAP 單標法檢測各個項目，從相關(guān)系數(shù)、檢測的標準差及樣品數(shù)據(jù)對照結(jié)果綜合考慮，選擇干擾少、背景比高的譜線為推薦分析線。磷、鎂、鈣、鐵、鋁、鉀、鈉、硫推薦譜線波長分別為213.618、279.553、317.933、 234.349、 396.152、 766.490、 589.592、182.624 nm。

2.3 檢出限和相關(guān)系數(shù)

各元素標準曲線的線性范圍、線性方程、相關(guān)系數(shù)和檢出限見表2。

表2 各元素的線性方程

從表2 可以看出，各元素標準曲線相關(guān)系數(shù)均達到0.999 以上，即表明相關(guān)性很高；8 種元素的檢出限均低于0.07 μg/mL，符合國家的檢出限標準要求。

2.4 精密度實驗

在同等儀器設(shè)定條件下，采用ICP-AES 法對元素含量不同的兩組樣品進行測定，每個樣品平行測定6 次，檢測結(jié)果見表3。從表3 可知，當磷精礦中各元素質(zhì)量濃度大于0.5 μg/mL 時，各元素測定結(jié)果的相對標準偏差均在8.0%以內(nèi)。當鉀、鈉、硫3 種元素質(zhì)量濃度小于0.5 μg/mL 時，建議單獨進樣測定，并增大進樣量。ICP-AES 法可以適用于磷精礦中8種元素的檢測。

表3 精密度實驗結(jié)果

2.5 準確度實驗

為了進一步驗證ICP-AES 法檢測結(jié)果的可靠性，做加標回收實驗，結(jié)果見表4。實驗結(jié)果表明各元素回收率在97%～101%，能夠滿足檢測要求。

表4 準確度實驗結(jié)果

3 結(jié)語

采用ICP-AES 法對磷精礦中磷、鎂、鈣、鐵、鋁、鉀、鈉、硫元素進行測定，并優(yōu)化了測定條件。采用微波消解法對樣品進行預(yù)處理，避免了酸溶預(yù)處理導(dǎo)致樣品分解不完全和堿熔法對儀器的影響。方法簡單、快速、高效，檢出限低，精密度好，準確度高，能夠滿足磷精礦中8 種元素的檢測要求。