ICP-MS測定礦物樣品中多種金屬元素

鄺安宏，祁生平

(1.江西省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局 地球物理地球化學實驗測試所，江西 南昌 330201；2.虔東稀土集團，江西 贛州 341000）

礦物樣品中多種元素的測定,尤其是金屬元素的測定方法何其之多,目前主要有ICP光譜方法、ICP酸溶質(zhì)譜方法、ICP-MS方法等。由于金屬元素內(nèi)部離子結構的特別,它的光譜就變得非常復雜,因此，通常采取的ICP 光譜方法收到的干擾程度就十分嚴重。而酸溶ICP 質(zhì)譜方法的操作比較簡單、便捷,但由于受到礦物樣品多重性質(zhì)的限制,這種方法就具有一定的限制[1]。恰恰相反的是，雖然ICP-MS方法在堿熔環(huán)節(jié)中的操作步驟比較麻煩,溶液的離子濃度較大,但是假如說，可以把這些問題一一解決的話,測定礦物樣品中金屬元素的存在的時候就會變得較為方便。在保障測試水平達到國家標準的前提上,對實驗程序進行改良,另外利用“ Y” 同步內(nèi)標法,對儀器的即時動作進行優(yōu)化。

1 實驗階段

1.1 實驗儀器與藥劑

實驗所需要的儀器設備是美國hermo 公司出產(chǎn)的X Seris Ⅱ電感耦合等離子體質(zhì)譜儀，工作性能優(yōu)良，技術水平領先世界平均水平[2]。實驗所需溶劑用水則是由北京兩峰多邦科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的GN-R-O-101 超純水質(zhì)處理系統(tǒng)單獨制作的。實驗過程之中需要的實驗藥劑，是由北京化學試劑研究所出產(chǎn)氫氧化鈉、過氧化鈉和硝酸(B-VII)，并對它們的純度進行分析，實驗要求一般是純級別以上。國家一級標準物質(zhì)則是由廊坊世界物理化學勘查研究所生產(chǎn)的[3]。藥劑的濃度實驗要求是10 mg·L-1,測定元素劃為3組,第1組含有15種金屬元素,GSB-04-179-204；第2組含有鈹、硼等9種金屬元素,GS-B04-177-204；第3組含有鋯等4種金屬元素,GS-B04-177-204。這些金屬元素的標準溶液濃度都是由國家金屬及電子材料分析科提供的。

1.2 實驗方法

分別取含有測定金屬元素的各種標準溶劑液體進行逐一混合,配比濃度都是為1.1mg·L-1的標準混合溶液。液體介質(zhì)一一為4%硝酸,并逐漸進行稀釋,配比濃度分別為0.1、1.0、11.0、110.0μg·L-1的標準溶液。取0.10 g的礦物樣品放在實驗坩堝之中,加入1.0 g Na2O2混合,覆沒下方的0.6 g已加溫到800℃的高溫吊爐內(nèi),保證溫度，融化時間為20 min,取出待冷卻之后,另外放入300 mL溶劑于實驗大燒杯之中,之后加入1000 mL的熱水加快試驗藥劑的溶解速度,放置一旁等待過夜。用慢速過濾紙條進行再次過濾,用3%的NaOH溶液進行15次沉淀,再用2%的HNO3將沉淀物加入到預先放有3滴酚酞試劑的燒杯內(nèi),將過濾紙洗干凈。當燒杯內(nèi)的溶液變成無色的時候,再滴入3 mL的 濃HNO3 ,用水定置,進行搖勻后待檢測。實驗設備分析的時候加入國家規(guī)定的溶液標準濃度和樣品去稀釋,之后計算機就會自動進行計算處理。

2 結果與分析

2.1 內(nèi)標元素的選擇

內(nèi)標元素對測量結果起著非常重要的影響。實際操作中需要充分考慮到測定礦物樣品中是否含有多種元素或某種元素含量是否過低,還要考慮加入過多的內(nèi)標元素又是否會給實驗過程帶來不利作用。利用實驗,確定加入的10 μg ·L-1的R-h 作為內(nèi)標元素的效果是最好的,內(nèi)標元素的強度甚至高達3000000s-1,對實驗環(huán)節(jié)中實驗設備的條件發(fā)生改變的時候產(chǎn)生的影響可以進行有效補償,當然也有會采取R-h 和R-e的雙重內(nèi)標,但手續(xù)卻極其繁瑣。

2.2 實驗溶劑量的選擇

通過對國家一級標準礦物質(zhì)GB-W0-7103 、GBW0-7105 進行熔化條件的實驗,分別測試了Na2O2的含量、熔化溫度以及融化時間對實驗結果產(chǎn)生的影響。在取樣本含量為0 .10 g 的基礎上,Na2O2放入量是不列入覆蓋層面的，是在單獨含量1.0 ～ 4 .0 g的基礎上進行試驗,實驗表明藥劑毫無變化。不同堿的含量對金屬元素鑭和鉿的影響結果見表1。

表1 不同堿的含量對金屬元素鑭和鉿的影響結果

從表格中，可以看出Na2O2的不同含量對照組，劑量不同結果也不同。如果當Na2O2的放入量要比1.0 g要低的時候,由于溶劑含量較低,樣品嚴重粘鍋,這樣反而不利于結晶體的攝??；相反,如果藥劑的放入量越高，那么就會給實驗儀器的洗滌帶來較大的麻煩,所以，實驗會選擇加入2.0g的Na2O2。

3 結語

本文以Na2O2為主要實驗藥劑,采取高溫熔化的方法對礦物樣品進行測定,此方法適合于各種礦物樣品類型；在礦物樣品的處理上一律通過過濾措施進行直接酸化定置,大大節(jié)省了再提取的時間和環(huán)節(jié),同時檢測金屬元素由24種提高到29種。通過幾年來的研究,數(shù)百種礦物樣品的測試表明,ICP-MS方法更為穩(wěn)定、可靠,實驗性強,便于操作,手續(xù)簡單、快捷，大大提高了實驗效率。