电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）测定铅矿石中15种微量元素
发布日期：2020/9/4 10:20:45 点击次数：29556
微量元素，是相对主量元素划分的，根据寄存对象不同，可以分为多种类型。目前，比较受关注的主要有两类，一种是生物体中的微量元素，另一种是非生物体中（如岩石中）的微量元素。针对矿石微量元素的检测方法主要包括电子探针分析法、中子活化分析法、等离子体光谱法及质谱法。通过分析研究微量元素，可以得出矿床中的稀有元素矿物的分布规律。
本文参考国家市场监督管理总局、国家标准化管理委员会发布的《GB/T 6730.81-2020铁矿石 多种微量元素含量的测定 电感耦合等离子体质谱法》，采用7mLHCL+1mLHF+2.5mLHNO3对铅矿石标准物质（GBW07236）进行微波消解，选取Ge、Rh、In、Tb、Lu作内标，校正仪器漂移及样品基体所带来的影响和波动。利用ICP-MS 2000E进行测定，结果表明该方法能够快速、准确地分析矿石样品中的多种微量元素。
1.仪器简介
ICP-MS 2000E是江苏天瑞仪器股份有限公司自主研发的电感耦合等离子体质谱仪（如图1），采用PRC碰撞反应池技术，有效消除多原子离子干扰，该款仪器具有灵敏度高、检出限低、稳定性好等优点。
图1. ICP-MS 2000E电感耦合等离子体质谱仪外观图
2.测试原理
样品经微波消解处理，通过雾化器雾化后送入高温等离子体中，干燥、原子化、电离，元素离子经接口室进入质谱仪，通过离子透镜系统、质量分析器及检测器，检测器对相应元素离子做出响应（每秒离子计数cps（counts per second）），利用响应强度与待测元素离子浓度成正比关系进行定量分析。
3.实验部分
3.1 实验所用设备及试剂
ICP-MS 2000E(带碰撞反应池，江苏天瑞仪器股份有限公司)；
微波消解仪(WX-8000，上海屹尧)；
实验所用超纯水(电阻率达18.25MΩ·cm,
默克密理博，德国）；
硝酸（质量比为65%,G.R，萨劳，西班牙）；
盐酸（质量比为37%,G.R，萨劳，西班牙）；
氢氟酸（质量比为40%，G.R，国药集团）；
元素标准溶液(10µg/mL，Inorganic
Ventures，美国)；
氩气（纯度99.999% ，Air Products，美国）。
3.2 样品前处理
称取两个平行试样（GBW07236）各0.1g（精确至0.0001g）于事先洗好的微波消解罐中，分别加入7mLHCL+1mLHF+2.5mLHNO3，预反应20分钟后，盖上消解盖，同时做试样空白。将预处理好的消解罐置于微波消解仪中进行消解（表1）。待消解完成、冷却后，打开消解罐，并用超纯水冲洗盖子至少两次，在赶酸仪上80℃进行赶酸处理，待黄烟冒尽，取下冷却至室温，定容至100mL塑料容量瓶中（所有实验用器皿均用酸浸泡过夜），冲洗消解罐2~3次，同时分别加入50μg/L Ge、10μg/L（In、Rh、Tb、Lu）混合内标，用2%硝酸定容至刻度摇匀。
表1. 微波消解仪工作参数
|
步骤
|
温度/℃
|
压力/atm
|
保持时间/min
|
|
1
|
120
|
10
|
3
|
|
2
|
150
|
12
|
10
|
|
3
|
180
|
18
|
10
|
|
4
|
200
|
25
|
30
|
3.3 标准溶液配制
配制不同浓度梯度Co、Cu、Y、Cd、Sb、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Dy、Ho、Tm、Yb、W多元素混合标准溶液，于一系列100mL的容量瓶中，同时分别加入50μg/L Ge、10μg/L（In、Rh、Tb、Lu）混合内标，用2%硝酸定容至刻度摇匀以待备用（表2）。
表2. 各元素标准溶液浓度（µg/L）
|
元素
|
标液1
|
标液2
|
标液3
|
标液4
|
标液5
|
标液6
|
|
Co、La、Ce、Ho
|
1.0
|
2.0
|
5.0
|
10.0
|
20.0
|
50.0
|
|
Cu、Y、Cd、Sb、Nd、Dy、Tm、W
|
5.0
|
10.0
|
20.0
|
50.0
|
100
|
200
|
|
Pr、Sm
|
0.50
|
1.0
|
2.0
|
3.0
|
4.0
|
5.0
|
3.4 仪器参数优化
采用10μg/L Li、Co、In、Ce
、U调谐液对仪器进行优化（表3）。
表3. 仪器工作参数
|
仪器参数
|
工作条件
|
仪器参数
|
工作条件
|
|
RF电源功率
|
1300W
|
等离子气
|
13L/min
|
|
辅助气
|
1.06
L/min
|
载 气
|
1.2L/min
|
|
采样深度
|
16
|
扫描方式
|
跳 峰
|
3.5 实验数据
待仪器热机完成后，在标准模式下对试样进行平行测定6次。将6次测定结果取其平均作为试样测定值，同时计算其精密度（表4）。
表4. 铅矿石标准物质（GBW07236）测定值及精密度（n=6）
|
元素
|
同位素
|
标准值
mg/kg
|
测定值
mg/kg
|
精密度 （%）
|
|
Co
|
59
|
15.7±2.3
|
17.25
|
1.45
|
|
Cu
|
65
|
350±20
|
337.61
|
0.48
|
|
Y
|
89
|
16.2±2.1
|
15.44
|
2.64
|
|
Cd
|
111
|
2.6±0.4
|
2.85
|
1.60
|
|
Sb
|
121
|
12±1.3
|
11.88
|
1.09
|
|
La
|
139
|
31.2±1.5
|
31.00
|
1.30
|
|
Ce
|
140
|
66.8±1.8
|
67.43
|
1.23
|
|
Pr
|
141
|
6.2±0.7
|
6.88
|
1.08
|
|
Nd
|
146
|
23.4±1.2
|
24.23
|
1.55
|
|
Sm
|
147
|
4.6±0.3
|
4.58
|
1.92
|
|
Dy
|
163
|
3.1±0.4
|
3.45
|
2.47
|
|
Ho
|
165
|
0.65±0.08
|
0.63
|
2.90
|
|
Tm
|
169
|
0.26±0.02
|
0.25
|
2.88
|
|
Yb
|
172
|
1.7±0.3
|
1.99
|
2.01
|
|
W
|
182
|
30.6±2.6
|
31.37
|
0.88
|
4. 结论
利用微波消解法，采用HCL-HF-HNO3三酸体系对样品进行前处理，以Ge、Rh、In、Tb、Lu作内标，校正仪器漂移和基体的影响，使用电感耦合等离子体质谱仪ICP-MS 2000E测定了国家一级标准物质铅矿石（GBW07236）中15种微量元素，其测定值与标准值完全吻合，精密度在0.46%~2.90%之间。综上所述，该方法可以满足矿石样品的微量元素检测，包括稀土元素。
5.参考文献
[1]
国家市场监督管理总局/国家标准化管理委员会 GB/T
6730.81-2020铁矿石 多种微量元素含量的测定，电感耦合等离子质谱法，全国铁矿石与还原铁标准化技术委员会，2020。
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