原子吸收和原子熒光光譜分析

陳錄（西藏玉龍銅業(yè)股份有限公司西藏昌都 854000）

原子吸收和原子熒光光譜分析在我國發(fā)展至今，已經(jīng)成為各種涉及元素分析行業(yè)中對(duì)元素進(jìn)行微量分析和痕量分析的重要方法。本文主要對(duì)原子吸收光譜分析和原子熒光光譜分析的概念和原理進(jìn)行闡述，并結(jié)合銅業(yè)中需要對(duì)有關(guān)化學(xué)成分銅、鐵、鉛、鋅、鎂、銀的化學(xué)分析方法進(jìn)行講解。

一、原子吸收光譜分析和原子熒光光譜分析的概念

1.原子吸收光譜分析的形成

原子吸收光譜(也稱為原子吸收分光光度分析)是一種光基于樣本元素的輻射特性來衡量元素廣播特征的方式,源蒸汽通過元素時(shí),由基態(tài)原子吸收蒸汽分析物,削弱的輻射光強(qiáng)度水平,可以發(fā)現(xiàn)在測(cè)量元素在樣品中的含量。在元素的原子中,電子圍繞原子核按照一定的軌道,每個(gè)電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)描述都依靠四個(gè)量子數(shù)。不同的電子量子數(shù),有不同的能量,原子能是電子能量的總和。原子在一個(gè)完全自由的、最低能量的條件下,稱為基態(tài)(E0)。在熱能、電能或光等基態(tài)能量的作用下,原子吸收能量以后，最外層的電子產(chǎn)生由低到高過渡,從低能狀態(tài)過渡到一個(gè)更高的能量狀態(tài),形成興奮的原子。受激原子(Eq)很不穩(wěn)定,當(dāng)他們返回到基態(tài)時(shí),能量輻射的熱量或光,成為發(fā)射光譜。

2.原子吸收光譜的特點(diǎn)

用來檢測(cè)元素能量變化的原子吸收光譜分析具備以下優(yōu)點(diǎn)：選擇性強(qiáng)。這是由于原子吸收帶寬是狹窄的。因此,測(cè)定的完成是比較快速和簡(jiǎn)單的,有條件實(shí)現(xiàn)自動(dòng)操作。在原子吸收光譜分析中，光譜干擾是不太可能的,因?yàn)樵诠庾V主線附近的譜線很窄,比發(fā)射譜線重疊概率要小得多,所以光譜干擾很小。甚至和相鄰線分離是不完整,也會(huì)因?yàn)檩椛淇招年帢O燈不傳輸波長(zhǎng)的輻射,所以少干擾,容易克服；靈敏度高。原子吸收光譜是研究原子屬性靈敏度最高的方法之一?；鹧嬖游辗ǖ撵`敏度是十億分一，而石墨爐原子吸收光譜法絕對(duì)靈敏度則是課以達(dá)到更低的級(jí)別。其它大部分的常規(guī)分析中的元素也是很容易就可以達(dá)到p p m級(jí)。

二、利用原子吸收光譜分析對(duì)銅礦元素進(jìn)行化學(xué)分析

1.利用原子吸收光譜分析銅礦中銀元素的化學(xué)分析方法

原子吸收光譜法測(cè)定礦石樣品中低含量銀的方法雖已廣泛應(yīng)用，但由于對(duì)銅精礦中銀的測(cè)定存在銅對(duì)銀的干擾，測(cè)定精度受到一定的局限。有效解決銅對(duì)銀的干擾是采用原子吸收光譜法測(cè)定銅精礦中銀量的關(guān)鍵。

（1）儀器設(shè)備和試劑

A A S 110型原子吸收分光光度計(jì)，銀空心陰極燈。銀標(biāo)準(zhǔn)溶液（l 00 μg/ml）：稱取純銀（99.99%）0.1000 g置于250 ml的燒杯中，加硝酸20 ml，溶解后移入100 ml容量瓶中，加鹽酸80 ml，以水稀釋至刻度，使用時(shí)稀釋至10 μg/ml。所用試劑均為分析純、水為二次蒸餾水。

波長(zhǎng)328.1n m，燈電流5mA，光譜通帶寬度0.1mm，燃燒器高度6 mm，空氣流量6.0 L/mi n，乙炔流量1.3 L/mi n。

（2）試驗(yàn)方法

取銀標(biāo)準(zhǔn)溶液50～100 μg于50 ml容量瓶中，加入硝酸、硫脲溶液（8%）、硫酸銅溶液等介質(zhì)，在波長(zhǎng)328.1n m處，用空氣－乙炔火焰測(cè)定吸光值。

稱取0.5～1.0 g（準(zhǔn)確至0.l mg）試樣于400 ml燒杯中，用水潤(rùn)濕，加20 ml用硝酸鉀飽和過的硝酸，低溫加熱溶解至體積約為l 0 ml，加入5ml高氯酸，加熱至冒白煙1～2 mi n，取下稍冷，用水洗皿表及杯壁，控制體積為20～30 ml，煮沸使鹽類溶解，冷至室溫，搖動(dòng)下滴加入1ml8%硫脲溶液，若有少量白色沉淀析出，滴加20%Fe C l 3溶液，使之消失。放置5mi n，定容至50 ml容量瓶中，干過濾，濾液按儀器工作條件進(jìn)行測(cè)定。

（3）試驗(yàn)結(jié)果與討論

樣品的溶解

銅精礦中的銀主要以硫化物、氯化物、金屬銀及銀合金的形式存在，由于樣品中含銀量低，因而要求稱樣量大，僅用王水溶樣樣品難于全部打開，對(duì)于河臺(tái)金礦含硫較高的銅精礦樣品還會(huì)析出單質(zhì)硫包裹試樣，若不對(duì)其預(yù)焙燒，分析結(jié)果則明顯偏低。經(jīng)試驗(yàn)證明，用飽和氯酸鉀的硝酸溶解樣品，再加高氯酸冒煙l～2 mi n，不會(huì)有單質(zhì)硫析出，樣品分解完全，未出現(xiàn)結(jié)果偏低現(xiàn)象。在50 ml體積中加入高氯酸達(dá)5ml未見其對(duì)銀的吸光值有影響。

銅的干擾情況

在擬定的條件下大多數(shù)共存元素不干擾測(cè)定，但銅會(huì)產(chǎn)生較大的干擾。本試驗(yàn)著重考查銅對(duì)銀的干擾情況。在銀量為50～100 μg的溶液內(nèi)，加入不同量的硫酸銅進(jìn)行試驗(yàn)，其結(jié)果見表1，從表可以看出銅對(duì)銀略有正干擾，因此試驗(yàn)采取了在銀標(biāo)準(zhǔn)溶液中加入0.3 g銅，使其與試樣中銅量基本一致，抵消銅的影響。

硫脲用量的影響

用硫脲絡(luò)合銀可以于低酸度下進(jìn)行銀的測(cè)定，且在微量鹽酸存在下，用空氣－乙炔火焰原子吸收測(cè)定銀，其靈敏度為普通水溶液中3倍以上，大量銅及氯離子并不干擾銀的測(cè)定。本試驗(yàn)在銀標(biāo)準(zhǔn)液和試樣中分別加入不同量的硫脲（8%）。銀標(biāo)準(zhǔn)溶液中是否加入硫脲對(duì)吸光值沒有影響，而試樣中未加入硫脲時(shí)其吸光值明顯偏低，可能是由于試樣溶液中存在氯化銀沉淀，而硫脲能在低酸度時(shí)溶解氯化銀，使銀呈A g（C SN2 H 4）3＋ 合物存在溶液中，且能長(zhǎng)時(shí)間保存穩(wěn)定的緣故。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，試樣中加入過量的硫脲，會(huì)產(chǎn)生大量沉淀，使吸光值偏低。為了驗(yàn)證這一事實(shí)，對(duì)銀標(biāo)準(zhǔn)溶液中加入不同量硫脲進(jìn)行了試驗(yàn)，結(jié)果表明，加入硫脲量要以不使溶液產(chǎn)生銅的硫脲絡(luò)合物白色沉淀為恰當(dāng)。因此，選用加入1.0 ml 8%硫脲溶液，要求硫脲要現(xiàn)用現(xiàn)配，試樣加入硫脲后產(chǎn)生的少量白色沉淀可以滴加20%的Fe C l 3溶液消除沉淀，如果沉淀太多應(yīng)該重新分析。

試樣中加入銀標(biāo)準(zhǔn)溶液的回收試驗(yàn)

在已知含銀量的試樣（含銀66.5g/t）中加入不同量的的銀標(biāo)準(zhǔn)液進(jìn)行回收試驗(yàn)。稱取1.0000 g試樣，按分析方法溶樣后，加入銀標(biāo)準(zhǔn)液進(jìn)行試驗(yàn)，在試樣中加入銀標(biāo)準(zhǔn)液回收率在98.5%～102%。

2.利用原子吸收光譜分析銅礦中銅和鋅元素的化學(xué)分析方法

（1）主要儀器與試劑

原子吸收分光光度計(jì)及配套設(shè)備、50 ml容量瓶4只，1ml、2 ml、5ml吸量管各一支，吸耳球一個(gè) 1.1.3鋅或銅等標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液，濃度均為100 u g/ml；去離子水、0.5%H C l。

（2）實(shí)驗(yàn)原理

原子吸收光譜分析法主要用于定量分析，其基本依據(jù)是：將一束特定波長(zhǎng)的光照射到被測(cè)元素的基態(tài)原子蒸氣中，原子蒸氣對(duì)這一波長(zhǎng)的產(chǎn)生吸收，未被吸收的光則透射過去。 在使用銳線光源和低濃度的情況下，基態(tài)原子蒸氣對(duì)共振線的吸收符合比爾定率，將消化好的樣品直接吸入火焰，火焰中形成的光源發(fā)射的特征譜線產(chǎn)生吸收。將測(cè)得的樣品吸光度和標(biāo)準(zhǔn)溶液的吸光度進(jìn)行比較，確定樣品中被測(cè)元素的含量。 該方法快速、干擾少。在常見濃度下不干擾測(cè)定。

（3）實(shí)驗(yàn)步驟

吸取鐵標(biāo)鋅準(zhǔn)溶液（標(biāo)準(zhǔn)溶液吸取量可根據(jù)樣品含鋅量高低來確定），0.5mL，1.0 mL，2.5mL分別置于50 mL容量瓶中加入1ml 0.5%H C l，再加蒸餾水到刻度線，混合均勻。

將處理后的樣品溶液試劑空白液和鋅標(biāo)準(zhǔn)溶液分別導(dǎo)入火焰原子儀器進(jìn)行測(cè)定，參考測(cè)定條件：波長(zhǎng)為216.7 n m，燈電流狹縫、空氣乙炔流量及燈頭高度均按儀器說明調(diào)至最佳狀態(tài)，記錄其相應(yīng)吸光度值，與標(biāo)準(zhǔn)曲線比較定量，后代入公式求出含量。

將處理后的樣品用同樣的方法在石墨爐原子儀器中測(cè)出吸光度值，與標(biāo)準(zhǔn)曲線比較定量，后代入公式求出含量。

三、只讀光譜儀等設(shè)備的使用常識(shí)

1.光譜操作的準(zhǔn)備工作

光譜儀的分析軟件采用的是標(biāo)準(zhǔn)的WINDOS操作環(huán)境，所以要求操作員有一定的計(jì)算機(jī)知識(shí)，如果您在操作光譜儀前對(duì)微軟公司的WINDOS不熟悉的話，請(qǐng)先熟悉WINDOS操作的基本知識(shí)。

2.鍵盤與鼠標(biāo)的使用

眾所周知WINDOS操作系統(tǒng)的最大優(yōu)點(diǎn)就是操作靈活，可同時(shí)打開多個(gè)窗口。為了方便于鼠標(biāo)與鍵盤的同時(shí)操作，我們分析軟件中的只要功能也設(shè)計(jì)成既可以使用鍵盤，也可以使用鼠標(biāo)來進(jìn)行操作，在下面的章節(jié)中，我們會(huì)詳細(xì)的介紹給用戶。

總結(jié)

對(duì)于銅礦行業(yè)而言，對(duì)樣品進(jìn)行化學(xué)分析是必須的工作之一，其中，應(yīng)用原子吸收和原子熒光光譜分析的方法對(duì)樣品進(jìn)行分析是常用的方法。通過本文的研究，希望可以對(duì)相關(guān)工作單位提供理論支持。

[1]遲錫增;陳伯濤;張玉鸞;甄謂先;陳維杰;;雙硫腙萃取-火焰原子吸收光譜法測(cè)定水中痕量鎘、鋅、鉛、銅、鎳、鐵與錳[J];北京師范大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);1980年02期.

[2]張祖訓(xùn);黃文裕;;方波極譜研究—Ⅵ懸汞電極陽極溶出伏安法測(cè)定高純鋁中痕量鎘[J];南京大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);1980年02期.