赛默飞iCAP 6000 Series ICP-OES法测定铁矿石中Pb As及Si Ti等杂质元素含量

3 4 赛默飞世尔科技(中国)客户体验中心，痕量元素分析 作为钢铁工业大国，铁矿石这一重要基础原料，无论是在地质勘探，矿石开发选择，还是后续的炉料成分的控制，常需要对铁矿石中各元素的含量进行分析。目前测定铁矿石中杂质元素的标准分析方法多为化学法、分光光度法和原子吸收光谱法，操作繁琐，时间冗长，且只能对待分析元素逐个单一分析。因此，利用现代ICP-OES全谱直读功能，，一次进样多元素快速同时测定的优势，建立ICP-AES法同时测定铁矿石中次、痕量元素的分析方法将具有非常重要的意义。 目前铁矿石成分分析样品前处理方法主要集中为：高温碱熔法、低温酸溶、微波酸溶。对于低温酸溶消解多采用敞开式电热板消解，需要消耗大量的酸，且会对易挥发元素造成损失，并对操作人员的健康具有一定危害；而微波消解则需采购昂贵的整套微波消解设备。而开发结合这两种酸式消解的优势，经济的达到微波消解的效果尤为重要。 本文采用 iCAP 6000 Series ICP-OES， 通过对样品前处理方法、等离子体参数、分析谱线选择等内容进行了研究和优化，详细地介绍了铁矿石中PbAs Ti Si等16种杂质元素的测定方法。 实验部分 仪器介绍 Thermo Scientific iCAP 6000系列ICP等离子体发射光谱仪 iCAP 6000系列是Thermo Fisher 最新开发的ICP光谱仪，从2006年全球发布以来，以其优异的性能、独特的设计、人性化易使用和多用途高效率等特点获得了市场的广泛认可。 iCAP 6000具有双向和垂直两种观测方式，，可以适用于要求低检出限和耐复杂基体各种应用的需求。 直观的、功能强大的iTEVA操作软件，对于需要频繁应用标准加入法功能的分析工作者而言，它即可以选择针对同类的样品使用相同斜率的测量方式，以省去分别对每个样品的加标制备环节，在保证测量结果准确度的情况下而提高了工作效率；又可以选择针对不同类型的样品采取分别独立加标的测量方式以保证各类样品测量结果的准确度。 °优异的检出限，15秒积分时间可以获得亚ppb级的检出限； 。 RACID86检测器紫外量子化效率高，确保<190nm以下波长具有极佳的灵敏度，如AI 167、P178等； 机、高基体等样品直接进样； 。高分辨率，200nm处光学分辨率为0.007nm，P213.618、Cu213.598nm谱线可完全分开； ·高效快速分析，以及实时的背景校正技术，可在1分钟内完成多达60个元素的测定； 。EMT炬管适合于包括30%盐水等高基体样品分析，延长使用寿命，方便更换清洗； 方法提要 铁矿石试样，一方面，采用盐酸、硝酸与氢氟酸，使用带螺纹聚四氟乙烯消解罐电热板低温消解，即具有了微波消解的简单性，又结合了一般酸法电热板消解的经济性，可对Pb As等痕量元素快速准确定量；另一方面，采用经典的碱熔方法，，可对酸溶样中易挥发性Si， 难消解AI、Ti 进行准确定量分析。两种处理方法相结合，可对铁矿石中16种元素进行快速、准确测定。 试剂及标准品 ·高纯盐酸，优级纯； 氢氟酸，优级纯； ·硝酸，优级纯； ·四硼酸锂、偏硼酸锂、硝酸锂、碘化氨 。铁矿石标准样品GSB03-2025-2006、GSB03-2022-2006、GSB03-1833-05、(GSB03-2026-2006、GSB03-1805-2005(国家标准物质研究中心)； 超纯水机( Fisher Scientific)； ·20~100pL、200~1000pL微量移液器(FisherScientific )； 。50、100mL HPDE容量瓶(NALGENE)； 10mL带螺纹聚四氟乙烯消解罐； ·聚四氟乙烯烧杯； ·电热板； 。万分之一天平； ·高温熔炉及铂埚； 标准溶液制备 采用国家标准样品GSB03-2025-2006、GSB03-2022-2006、GSB03-1833-05、GSB03-1805-2005与待测样品同步进行前处理，做标准工作曲线，计算国家标准样品GSB03-2026-2006中各元素含量。 样品前处理 酸溶消解： 准确称取0.1000g样品，置于带螺纹聚四氟乙烯消解罐内，加入浓盐酸4mL， 氢氟酸1.5mL，硝酸1.0mL，加盖后略微旋紧，放置于120度的电热板上进行消解，2小时后开盖，升温至150度加热，待样品尽干时，加入(1：1)盐酸5mL提取，冷却后转移定容至50mL量瓶中，并稀释至刻度，摇匀即得待测溶液；同法同时制备标准溶液。 碱熔消解： 称取4.8g(67：33=四硼酸锂：偏硼酸锂)于铂埚中，准确称取0.2000g样品，置于甘埚中，混匀后滴加氧化剂饱和硝酸锂及脱模剂碘化氨，在650高温炉中预氧化，3分钟后，将高温炉升温1050℃，待熔化、摇摆、成型、冷却后，取出样品。 准确称取1.0000g碱熔后样于聚四氟乙烯烧杯中，加入热的(1：1)盐酸20mL酸化，待熔融物完全溶解，冷却后转移至100mL量瓶中，并稀释至刻度，摇匀即得待测溶液；同法同时制备标准溶液。 方法优化仪器参数(见表1.) 波长选择 根据参数项设置仪器的工作条件，依次将经消解后的国家标准铁矿石样品溶液引入等离子体采集所有杂质元素的谱线数据信息，数据采集完成后通过子阵列谱图叠加功能显示每一条谱线的信息，借此判断每一条谱线的受干扰情况和同时优化调整更为合理的数据采集点阵列位置；利用iCAP 6000光谱仪在166nm~847nm内为连续的波长覆盖，结合540×540像素点的CID检测器，这使得谱线库中具有多于52800条以上的可选谱线数量，灵活的选取其它分析谱线而避开干扰，选择强度值较为合适的谱线进行测定。 表1仪器参数 仪器条件 设置条件 部件号 进样泵管 聚氯乙烯，橙/白， ID=0.64 842312051511 排液泵管 聚氯乙烯，白/白， ID=1.02 8423 12051521 雾化器 MiraMist雾化器 842312051471 雾化室 石英，高效旋流雾化室 842312051411 炬管中心管 石英，1.5mm中心管 842312051951 矩管 EMT垂直矩管 8423 12051741 观测方式 垂直 842312051741 RF功率 1150W 泵速 40rpm 冷却气流量 12LPM 载气流量 0.65LPM 辅助气流量 0.5LPM 积分时间 20秒 重复次数 3 表2分铁矿石样品测定波长选择 元素 AI As Ca Co Cr Cu K Mg 波长(nm) 396.1 189.0 184.0 228.6 267.7 324.7 766.4 285.2 元素 Mn Na Ni P Pb Zn Si Ti 波长(nm ) 257.6 589.0 221.6 178.2 220.3 202.5 212.4 334.9 标准曲线 根据参数项设置仪器的工作条件，采用国家标准样品，进行前处理后，按照各元素给定含量做标准工作曲线，具体标准曲线信息如下： 2005做标准工作曲线，各元素谱线均可获得较好的线性相关性。 部分含量较低，易受基体干扰的元素谱线线性及子阵列图，如下： 酸溶铁矿石采用国家标准样品GSB03-2025-2006、GSB03-2022-2006、GSB03-1833-05、GSB03-1805- 碱熔铁矿石采用国家标准样品GSB03-2025-2006、GSB03-2022-2006、GSB03-1833-05、GSB03-1805-2005做标准工作曲线， Al、Si、Ti可获得较好线性相关 性；对于部分含量较低的元素，基于ICP-OES对Ca MgMn Zn较高灵敏度，碱熔法同样可获得较好线性，具体标准工作曲线图如下： 测量结果 酸溶铁矿石中Pb As等元素含量测定结果及重复测定10次精密度(%RSD)： 铁矿石中成分 Al20： As Cao Co Cr Cu K，O 元素及谱线 AI3961 As1890 Ca1840 Co2286 Cr2677 Cu3247 K_7664 GSB03-2026- 2006 标准值 1.36 0.0012 0.028 0.0008 0.0030 0.0014 0.014 测定值 1.36 0.0012 0.021 0.0007 0.0030 0.0011 0.014 %RSD(N=10) 0.28 11.0 0.80 4.5 1.3 1.8 3.8 铁矿石中成分 MgO Mn Na，O Ni P Pb Zn 元素及谱线 Mg2852 Mn2576 Na5895 Ni2216 P_1782 Pb2203 Zn2025 GSB03-2026-2006 标准值 0.091 0.137 0.0050 0.0019 0.055 0.0013 0.0044 测定值 0.084 0.138 0.0053 0.0018 0.055 0.0014 0.0045 %RSD(N=10) 0.32 0.26 4.1 1.6 0.36 10.0 0.65 碱熔铁矿石中AI Si Ti等元素含量测定结果： 铁矿石中成分 AI，O： Sio， Tio， CaO MgO Mn Zn ICP-OES 测定素素及谱线 AI3961 Si2124 Ti3349 Ca1840 Mg2852 Mn2576 Zn2025 GSB03-2026-2006 标准值 1.36 1.79 0.046 0.028 0.091 0.137 0.0044 测定值 1.363 1.79 0.045 0.028 0.085 0.141 0.0048 %RSD(N=10) 0.38 0.38 0.35 4.5 0.50 0.47 0.72 本文发挥iCAP6000 ICP-OES 全谱直读优势，建立了简单、快速、经济的电热板酸消解，测定铁矿石中Pb As等14种元素的测定方法，并结合碱熔法测定了较难溶解 的Si Al Ti 等7种元素。利用国家标准样品检测结果表明，这两种方法能够对铁矿石中Pb As Ti Al Si等16种元素进行准确、有效、快速的测定。 thermoscientific.com ( C 2013 T h e rmo Fishe r Scie n tific Inc . Al l ri g hts reserved. All trademarks are the pro p erty of Thermo Fisher Scientific Inc. a nd i ts s ubsidiaries. Specifications， terms a nd p r icin g are subject to change. Not all products are available in all countries. Please consult your l ocal s ales r epresentative for d e tails. ) 北京 免费服务热线： 上海浦东新金桥路27号6号楼 北京东城区安定门东大街28号 8008105118 邮编：201206 雍和大厦西楼F座7层702-715室 4006505118 电话：021-68654588 邮编：100007 传真：021-64457830 电话：010-84193588 传真：010-88370548 ThermoFisherSCIENTIFIC oThermo Fisher Scientific，San Jose， CA USA is ISO Certified.上海SCIENTIFIC