馮曉婷

(甘肅省有色金屬地質(zhì)勘查局天水礦產(chǎn)勘查院測試中心，甘肅 天水 741020)

0 引 言

伴隨我國經(jīng)濟發(fā)展水平逐步提升，越來越多的金屬元素獲得了較為普遍的應(yīng)用。金屬產(chǎn)品不僅給老百姓們提供了便利的生活，同時還提升了生活質(zhì)量，隨著我國技術(shù)水平的不斷提升，被檢測出來以供應(yīng)用的金屬元素越來越多，人們將其推廣應(yīng)用至社會生活、軍事以及醫(yī)療等行業(yè)。地質(zhì)礦物金屬元素測定已經(jīng)成為我國地質(zhì)勘查中的重要環(huán)節(jié)，其主要就是為了進一步評判地質(zhì)礦物有無具備開采意義，同時給地質(zhì)礦物中金屬元素提煉奠定重要基礎(chǔ)。在一般條件下，地質(zhì)礦物中會在同一時間測定一種或者多種金屬元素，最為普遍的地質(zhì)礦物測定工作即對地質(zhì)礦物內(nèi)的某類金屬元素予以測定，因為測定主體相對較為單一，所以就具備極高可操作性。

在多金屬礦物中，含有很大比例的金屬元素，在所有元素被發(fā)現(xiàn)檢測之后，一方面要重視其所具有的實踐價值，另一方面應(yīng)當(dāng)對所有多金屬礦物的組成物質(zhì)進行全面檢測，這有利于后期開采作業(yè)的開展。但是ICP-AES法，也就是電感耦合等離子體質(zhì)譜法，能夠保證在檢測期間提取出所有的金屬元素，在后期工作開展期間，如何運用該方法將多金屬礦物中的金屬元素全部檢測是需思考的問題。

1 ICP-AES技術(shù)分析

ICP-AES儀器的構(gòu)成，其組成部分主要包括樣品導(dǎo)入系統(tǒng)、檢測器、多色器、RF發(fā)生器4個方面，見圖1。ICP-AES法是原子光譜分析技術(shù)中的一種方法，廣泛應(yīng)用于機械制造、地質(zhì)以及冶金生產(chǎn)等領(lǐng)域，同時在環(huán)境檢測、食品檢測以及礦物金屬元素測定等方面也有著較多應(yīng)用，具有突出的優(yōu)越性，是檢測分析領(lǐng)域中至關(guān)重要的一類技術(shù)。

圖1 ICP-AES分析儀器基本組成Fig.1 Parts of ICP-AES instrument

ICP測試儀所注重的是信號強度和呈正相關(guān)的光譜。原子發(fā)射光譜，其內(nèi)在機理是價電子受到激發(fā)，首先出現(xiàn)躍遷，之后能態(tài)由高處逐步下降，這該過程中會有光譜形成，輻射為其常用的釋放方式。運用ICP-AES技術(shù)可以進行定量、半定量以及定性剖析。但是在樣本元素剖析中，ICP-AES由于自身強大的定量功能得到了大范圍運用，此工藝事關(guān)生物、納米和能源等諸多方面，和常規(guī)金屬元素檢測方式比較，該技術(shù)具有突出優(yōu)勢。

原子光譜分析是檢測無機元素的重要方法之一，而ICP-AES法不但具有AES在測定元素中的優(yōu)點，同時其測定范圍較廣，可以同時測定多種元素，無論是氣態(tài)、液態(tài)還是固態(tài)樣品都能進行直接的測定分析，具有多中線譜、多種元素同時測定的優(yōu)點。

由此可見，ICP-AES法在原色測定分析中應(yīng)用廣泛，效果明顯。在近幾十年的發(fā)展和演變過程中，ICP-AES技術(shù)有著較為突出的創(chuàng)新和改進，同時其應(yīng)用范圍也越來越廣，以該技術(shù)為基礎(chǔ)的商品化儀器也在市場中較受歡迎，不但具有較高的檢測性能，同時價格也合乎人們要求，具有較明顯的優(yōu)勢，因此當(dāng)前ICP-AES技術(shù)在多金屬礦物金屬元素檢測工作中成為主要手段之一。同時，在元素測定工作領(lǐng)域，技術(shù)工作者不斷進行理論研究和實踐創(chuàng)新，該技術(shù)的應(yīng)用也逐漸穩(wěn)定和成熟，為元素測定相關(guān)技術(shù)的發(fā)展奠定了良好基礎(chǔ)。

ICP-AES技術(shù)主要是測定容易來進行相關(guān)分析，在ICP-AES技術(shù)應(yīng)用于金屬材料的測定分析工作中時，往往需要將固體金屬進行溶解，以溶液形式來進行測定。在此過程中，如果固體樣本溶解不完全，會導(dǎo)致檢測結(jié)果存在一定偏差。因此在測定前要做好相關(guān)的基本準(zhǔn)備。另外，干擾問題也是應(yīng)用ICP-AES技術(shù)的一個主要影響因素，相比于傳統(tǒng)方法，ICP-AES技術(shù)在廣光源激發(fā)性上有著較好性能，但是仍然存在著光譜自吸現(xiàn)象，并且這種分布的不均勻特征明顯，會造成溫度空間的不均勻分布，這種影響是由客觀元素所造成的，最終會造成檢測結(jié)果的誤差，無法保證分析結(jié)果的準(zhǔn)確性。因此，實驗分析環(huán)境會嚴重影響到最終的分析測定結(jié)果，為了保證其準(zhǔn)確性，必須要對實驗環(huán)境有所要求。

2 地質(zhì)礦物中測定多種金屬元素的ICP-AES法分析

2.1 地質(zhì)礦物樣本微波消解處置

在檢測地質(zhì)礦物樣本前，應(yīng)對受檢地質(zhì)礦物樣本予以處置，該文采取微波消解處置技術(shù)，該工藝的應(yīng)用可以較為高效地提取出地質(zhì)礦物樣本內(nèi)各個金屬元素物質(zhì)，實際流程闡述如下：①將受檢地質(zhì)礦物樣本置于指定的烘干機內(nèi)予以烘干，將地質(zhì)礦物樣本中的水分進行有效地蒸發(fā)，有助于將來及時粉碎樣本；②把烘干之后的地質(zhì)礦物樣本進行破碎、縮分，制備成具有代表性的分析試樣，試樣的顆粒大小不超過0.03 um；③將制備好的地質(zhì)礦物試樣置于容積為100 ml的消解燒杯內(nèi)，同時在容物內(nèi)注入既定數(shù)量的蒸餾水，杯中注入一定的硝酸鹽，充分應(yīng)用硝酸鹽以及地質(zhì)礦物樣本內(nèi)各個金屬元素之間產(chǎn)生的化學(xué)反應(yīng)；④把燒杯內(nèi)的溶液注入至消解設(shè)施內(nèi)，消解設(shè)備選取專門的ASA型號消解儀，把消解儀消解的溫度控制在150 ℃左右，而實際消解時長控制在20 min左右，于燒杯上方安置1處過濾網(wǎng)；⑤把消解期間粘附在過濾網(wǎng)中的物質(zhì)用刀片搜刮下來，將之用在后續(xù)的檢測工作之中，從而順利實現(xiàn)地質(zhì)礦物樣本微波消解處置。

2.2 測定濃度

試樣進行針對性的微波消解處置后，繼續(xù)采取ICP-AES法，進一步進行檢測，具體過程闡述如下：把設(shè)施的高強度短弧氙燈當(dāng)作持續(xù)性的光源，以儀器設(shè)施高分辨率的內(nèi)階梯光柵當(dāng)作主要的光學(xué)系統(tǒng)；把短弧氙燈進一步校正系統(tǒng)的光學(xué)分辨率設(shè)定成1.5 pm，如此一來就可以實現(xiàn)電解質(zhì)濃度測定儀器的校正目標(biāo)。于儀器設(shè)施上采集部分比較多見的金屬元素分析譜線，各金屬元素分析譜線的有關(guān)參數(shù)要超過0.99，而分析譜線的有關(guān)系數(shù)愈貼近1，此時就代表所采集的分析曲線的線性較佳。在此前提下對電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀測定系數(shù)予以設(shè)定，再把高頻發(fā)射功率設(shè)置成為1200 W，把設(shè)施的采樣深度設(shè)置成0.36 mm，接著再把等離子氣體流速設(shè)置成為0.85 l/min，把輔助氣流速設(shè)置成1.35 l/min，把設(shè)施載氣流速設(shè)定成3.15 l/min，同時把霧化溫度參數(shù)設(shè)置成2.54 ℃，把設(shè)施測定波長設(shè)置成1.354 nm，把設(shè)施測定環(huán)境溫度設(shè)置成75～155 ℃，接著再把設(shè)施換算方式改定成為高峰換算形式，把設(shè)施高猛酸鉀含量設(shè)置成0.25 g/ml，然后，把設(shè)施進樣量設(shè)置成0.25 g，最后再啟動設(shè)施開關(guān)，把微波消解之后的樣本置于儀器電離管之中，同時順次朝著電離管中注入濃度是0.45 g/ml硝酸溶液1.5 ml，同時還有濃度為0.05 g/ml高猛酸鉀溶液0.25 ml，如果設(shè)施電離管溫度超過50 ℃，那么就還應(yīng)該往電離管內(nèi)注入0.15 ml的磷酸緩沖溶液，接著再把電離管內(nèi)地質(zhì)礦物樣本pH值下調(diào)到5.5左右，同時還要求使用100 ml水定容，在慢慢放置10 min后，接著再把電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀轉(zhuǎn)速設(shè)定成1 500 r/min，電離時長大致為7.5 min，在實現(xiàn)電離工作之后，就要求把離心管內(nèi)清液移除出去，使用1 ml高濃度硝酸，利用它來進一步測定溶液沉淀，同時讀取多個金屬元素濃度信息，仔細登記好各金屬元素名稱以及實際濃度，從而有助于后續(xù)計算樣本內(nèi)多個金屬元素的實際含量。

3 基于ICP-AES的多金屬礦物金屬元素檢測措施分析

在檢測金屬元素過程中，相關(guān)人員要科學(xué)采取ICP-AES手段，才能夠有效彌補傳統(tǒng)檢測法不足。首先，相關(guān)人員要預(yù)先明確地機器構(gòu)成ICP-AES儀器設(shè)施，然后預(yù)先安置多金屬礦物樣本，這有利于后期第一時間開展ICP-AES剖析，另外使用校正方式防止干擾問題的產(chǎn)生。

3.1 ICP-AES儀器裝置分析

ICP-AES儀器涵括了樣品導(dǎo)入系統(tǒng)、檢測器、多色器、RF發(fā)生器等主要構(gòu)成部分，而在此之中高頻發(fā)生器充分地發(fā)揮其作用。離子體所需能量均可被提供，所以該部分的平穩(wěn)性標(biāo)準(zhǔn)較高，而且還需要具備較為明顯的抗外界干擾效用。值得注意的是，在樣品導(dǎo)入系統(tǒng)內(nèi)，涵括了蠕動泵、霧化器以及霧化室等構(gòu)成部分，在設(shè)施內(nèi)的檢測器還涵括了光電倍增管以及固體成像構(gòu)件等等。值得注意的是，在固態(tài)成像系統(tǒng)之中，諸多還是利用多元陣列集成電路式組成，它們包含的重要材料包括半導(dǎo)體硅片等，如此一來就能夠被作為焦平面檢測裝置。例如，在電荷耦合器件(CCD)方面，該系統(tǒng)的實際核驗水準(zhǔn)以及效率均很高，同時還有部分信息處置方面的設(shè)施，例如計算機設(shè)備、數(shù)據(jù)分析軟件等。

3.2 ICP-AES分析過程

檢測人員對亟待核查的多金屬礦物樣本予以處置后，就要開展進一步的分析工作。在ICP定量剖析方法中選擇一個理想項，也就是內(nèi)外標(biāo)法和標(biāo)準(zhǔn)加人法。此次檢測，使用的是外標(biāo)法，將預(yù)先處置完成的樣本溶液朝著ICP光源予以引導(dǎo)，針對溶液樣本而言，通常還要把相關(guān)法則當(dāng)作重要的依據(jù)，將其引進到ICP光源內(nèi)。但是在引入中，是優(yōu)化所有元素的黏度以及酸度，構(gòu)成樣品統(tǒng)一的溶液。由于霧化效率常常會受到黏度的影響，所以溶解樣品酸會會構(gòu)成基礎(chǔ)序列，最大的即為H3PO4，最小即為HCl，而中間的分別是H2SO4、HClO4、HNO3。在對樣品提供溶解處理的時候，應(yīng)當(dāng)保證其被有效檢測到。

3.3 ICP-AES檢測中干擾及校正

在實際應(yīng)用ICP-AES法期間，不可避免地會受到部分干擾線性，比如說光譜干擾，這常常是因為連續(xù)背景、譜線重疊所引發(fā)的；非光譜干擾涵括了諸多方面，比如化學(xué)、物理以及電離干擾等等。為了進一步提升檢測工作的精準(zhǔn)性，此時還要求采取針對性方法予以處置，首先所采取的就是基本匹配法，使用分析線避免受到化學(xué)以及物理等方面的影響。其次就是內(nèi)標(biāo)法，采用亟待核驗元素以及內(nèi)標(biāo)元素譜線實際的強度比重，接著再持續(xù)采取亟待檢測元素濃度制成曲線予以分析，接著再進行匹配，進而讓主體元素的穩(wěn)定系數(shù)獲得穩(wěn)步上升。除此之外，還需要采取多元光譜擬合的手段，應(yīng)用多變量形式，進一步采取數(shù)學(xué)處置公式，辨識有一定擾動效用的信號，進而合理處置光譜干擾。

4 實驗論證分析

為了更深層次地保證所采取手段的可靠性，此時還應(yīng)該開展實驗驗證工作。在測驗期間，還需要對實驗樣本提供溶解處理，接著將其轉(zhuǎn)化成為可使用溶液后，與其他設(shè)施展開搭配核驗，最終得到檢測數(shù)據(jù)。根據(jù)檢測試驗結(jié)果不難看出，最低為80.11 %，準(zhǔn)確率最高為92.11 %，總體保持在80 %周邊。而傳統(tǒng)方法的準(zhǔn)確率最高只能夠達到70.19 %。具體數(shù)據(jù)見表1。

表1 金屬元素檢測準(zhǔn)確率Tab.1 Accuracy of metallic element tests

5 結(jié) 語

綜上所述，針對多金屬礦物金屬元素檢測問題，積極采取ICP-AES法，能夠在未來持續(xù)推動礦物中金屬元素檢測工作的發(fā)展。