电感耦合等离子体原子发射光谱法测定高铋铅中铜、铁、镍、镉、砷、锑、铋

徐洪柳，黄利宁，王 茁，邓述培

（湖南省有色地质勘查研究院测试中心，湖南 长沙 410000）

高铋铅是铅精矿、银精矿、含铋二次杂料等通过配矿后经火法冶炼得到的中间产品。这种将杂料等混入铅精矿常规冶炼过程的冶炼方式日益普及。测定产品中各组分含量可以决定其用于不同工业冶炼，实现有效地回收二次资源，减少排放，追求效率、利润的最大化。砷、锑、铋常用原子荧光法，铜、铁、镍常用电感耦合等离子体光谱法，镉常用原子吸收光谱法，综合以上传统的检测方法，存在实验周期长、方法繁琐等问题。电感耦合等离子体原子发射光谱法（ICP-AES）因其激发能力强具有灵敏度高、干扰少、线性范围宽、稳定性好等优点，并且能同时测定多种元素[1-5]。本文采用硝酸-酒石酸一次处理样品，在优化的仪器分析条件下，使用ICP-AES同时测定高铋铅中铜、铁、镍、镉、砷、锑、铋等元素的含量，该方法操作简便，分析速度快，精密度和准确度都比较理想。

1 实验部分

1.1 仪器工作参数

本试验考察了射频发生器功率、雾化气流量、辅助气流量、等离子气流量、进液泵速、观测高度等对被测元素谱线发射强度的影响，本实验室的最佳仪器测量参数，见表1。

表1 仪器测量参数

1.2 主要试剂及仪器

酒石酸；盐酸（ϱ1.19g/mL）；硝酸（ϱ1.42g/mL）；酒石酸溶液（200g/L）；盐酸（1+1）；硝酸（1+1）。

铜铁镍镉砷锑铋标准贮存溶液：100（g/mL，使用时按要求稀释成混合标准溶液，保持10%硝酸介质浓度；电感耦合等离子体光谱仪ICP-OES7200（赛默飞热电，美国）。

氩气 [w（Ar）≥99.99%]。

1.3 实验方法

1.3.1 样品前处理

称取0.5g试样（精确至0.0001g）于250mL烧杯中，用少量水润湿，加入10mL酒石酸、10mL硝酸，盖上表面皿，置于电热板上低温加热至样品溶解完全。取下稍冷，用少量水吹洗表皿及杯壁，移入50mL容量瓶中，冷却至室温，用水稀释至刻度，混匀。根据表2分取试液，补加相应硝酸，用水稀释至刻度，混匀。

表2 试料质量、试液体积及分取体积

1.3.2 工作曲线的绘制

移 取0.00mL、0.10mL、0.50mL、1.00mL、5.00mL、10.00mL、20.00mL混合标准溶液于一组100mL容量瓶中[6]，加入20mL硝酸（1+1），用水稀释至刻度，混匀。在电感耦合等离子体原子发射光谱仪上，于选定的分析谱线处，测量标准系列溶液的铜、铁、镍、镉、砷、锑、铋的发射光强度。分别以被测元素的质量浓度为横坐标，发射强度为纵坐标，绘制工作曲线[6]。此标准系列溶液中铜、铁、镍、镉、砷、锑、铋浓度见表3。

表3 工作曲线

由表3可见，各元素工作曲线的相关系数均大于0.999，能够满足分析的要求。

1.3.3 分析结果的计算

被测元素的量以被测元素的质量分数wx计，数值以%表示，按公式（1）计算：

式中：

x——被测元素，铜、铁、镍、镉、砷、锑、铋；

ϱx——试液中被测元素的质量浓度，单位为微克每毫升（μg/mL）；

ϱ0——空白溶液中被测元素的质量浓度，单位为微克每毫升（μg/mL）；

V——试液总体积，单位为毫升（mL）；

V1——分取试液体积，单位为毫升（mL）；

V2——测定试液体积，单位为毫升（mL）；

m——试料质量，单位为克（g）。

计算结果表示至小数点后2位[6]，小于0.10%时，结果表示至小数点后3位。

1.3.4 方法检出限

测定11次试剂空白溶液，计算标准偏差，以3倍的标准偏差为检出限[7]，结果见表4。数据显示，各元素的检出限均能满足方法中的最低浓度要求。

表4 仪器检出限

2 结果与讨论

2.1 试样分解方法的选择

采用硝酸-酒石酸溶解高铋铅试样，其中一些试样会有少量不溶物。实验比较了不过滤直接测定以及过滤-滤渣补正两种方式，其中过滤-补正方法采用慢速滤纸过滤，以50mL热硝酸（1+9）、50mL水洗净滤纸及残渣。将滤纸及残渣置于聚四氟乙烯烧杯中，加入10mL盐酸、10mL硝酸、2mL氢氟酸、2mL高氯酸，盖上聚四氟乙烯杯盖，加热至溶液剩余黄豆粒大小。取下稍冷，加10mL盐酸溶解盐类，转移至100mL容量瓶中，用水稀释至刻度，混匀，测定溶液中铜、铁、镍、镉、砷、锑、铋的含量。结果表明滤渣中待测元素含量极低，可忽略不计，因此选择不过滤直接测定的方法。

2.2 被测元素的谱线选择

根据全谱直读等离子体原子发射光谱仪谱线库中被测元素的谱线干扰和强度等信息，选用强度较大的谱线作为预选分析谱线。用不同质量浓度的锑、铋、铜、铁、镉、镍和砷标准溶液进行扫描峰叠加，选择干扰少且信倍比高的谱线作为分析谱线[7，8]，见表5。

表5 测定元素波长选择

2.3 测定介质及酸度的选择

2.3.1 酒石酸的影响试验

试料以硝酸+酒石酸溶解，用硝酸浸取进行测定。试验考察了酒石酸浓度对被测元素谱线强度的影响。分别取质量浓度为1.00μg/mL和5.00μg/mL的铜、铁、镍、镉、砷、锑、铋溶液，试验了酒石酸浓度为1g/L、10g/L、25g/L、50g/L时对其测定的影响。结果见表6。

表6 酒石酸加入量试验

Ni 1.00 0.99 0.99 1.01 0.97 Cd 1.00 1.00 1.00 1.02 0.99 As 1.00 1.02 1.01 1.01 1.02 Sb 1.00 1.02 1.00 1.01 0.98 Bi 1.00 1.01 1.02 1.04 0.97

试验结果表明，加入1g/L～50g/L的酒石酸溶液，测定的数据基本没有变化，因此在光谱测定时不考虑酒石酸浓度对待测元素的影响。

2.3.2 硝酸的影响实验

试料以硝酸—酒石酸溶解，用硝酸浸取进行测定。试验考察了硝酸酸度对被测元素谱线强度的影响。取质量浓度为1.00μg/mL的铜、铁、镍、镉、砷、锑、铋溶液，试验了硝酸体积分数5.0%、10.0%、15.0%、20.0%时对其测定的影响。结果见表7。

表7 酸度对测定结果的影响

实验表明，5%～20%硝酸的存在对待测元素的测定基本没有影响，考虑到高铋铅中含铋、锑等易水解的元素，为防止水解和保证一定的酸度，使溶液更加澄清透亮，本方案选用10%的硝酸作为测定介质。

2.3.3 共存元素干扰实验

高铋铅中主要存在元素有Pb、Bi、Sb、Sn、Fe、As、Zn、Au、Ag等元素。根据拟定高铋铅中各元素的干扰上限，按本方法最小稀释倍数（称样量为0.5000g，定容于50mL容量瓶）计算出测定溶液中各元素的干扰量见表8。

表8 干扰元素上限及测定液中最大干扰量

2.3.4 精密度试验

分别对不同含量的高铋铅样品见表9的分筛比例及组成成分进行了7次独立测定，测定结果见表10。

表9 样品编号

2.3.5 回收率试验

选取试样，加入一定量的标准溶液，按照本标准所规定处理样品，进行加标回收实验，分析结果见表11。

表11 加标回收试验分析结果

由表11可见，加标回收率介于95.4%～110.5%之间，表明该方法的回收效果较好。

3 结论

通过以上大量的试验数据表明，对于高铋铅中铜、铁、镍、镉、砷、锑、铋的分析，采用电感耦合等离子体原子发射光谱法，在10%的硝酸介质中测定，方法简单，结果准确，精密度高，回收率良好，能够满足分析检测的要求，建议作为常用分析方法推广。