胡 明 萬(wàn) 兵 任志海 李樹強(qiáng) 王杰民

(1吉林省有色金屬地質(zhì)勘查局六O八隊(duì) 實(shí)驗(yàn)室，長(zhǎng)春 130500；2吉林省第六地質(zhì)調(diào)查所 實(shí)驗(yàn)室，吉林 延吉133001；3吉林省第五地質(zhì)調(diào)查所 實(shí)驗(yàn)室，長(zhǎng)春 130500)

高壓消解-電感耦合等離子體質(zhì)譜(ICP-MS)法測(cè)定地質(zhì)樣品中的鈮和鉭

胡 明1萬(wàn) 兵2任志海3李樹強(qiáng)3王杰民3

(1吉林省有色金屬地質(zhì)勘查局六O八隊(duì) 實(shí)驗(yàn)室，長(zhǎng)春 130500；2吉林省第六地質(zhì)調(diào)查所 實(shí)驗(yàn)室，吉林 延吉133001；3吉林省第五地質(zhì)調(diào)查所 實(shí)驗(yàn)室，長(zhǎng)春 130500)

建立了運(yùn)用硝酸-硫酸-氫氟酸體系高壓消解樣品，電感耦合等離子體質(zhì)譜(ICP-MS)法測(cè)定地質(zhì)樣品中鈮和鉭含量的方法。研究了樣品消解體系、樣品消解時(shí)間、溶液的介質(zhì)、內(nèi)標(biāo)元素等對(duì)測(cè)定的影響。Nb的方法檢出限為0.027 μg/g，Ta的方法檢出限為0.015 μg/g。Nb測(cè)定的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)為3.3%；Ta測(cè)定的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)為2.5%。經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)驗(yàn)證，分析結(jié)果令人滿意，可適用于大批量地質(zhì)樣品中鈮和鉭的測(cè)定。

ICP-MS；鈮；鉭；地質(zhì)樣品

0 前言

鈮和鉭在自然界中密切共生，它們的化學(xué)性質(zhì)和物理性質(zhì)有許多類似之處，因而常在同一礦物中出現(xiàn)。鈮和鉭具有強(qiáng)度高、耐腐蝕性、導(dǎo)熱、超導(dǎo)、單極導(dǎo)電和吸收氣體等特性，在導(dǎo)彈、火箭、核武器、電子技術(shù)、航空、原子能工業(yè)等領(lǐng)域有著重要用途，因而準(zhǔn)確測(cè)定地質(zhì)樣品中的鈮和鉭的含量有著重要意義。目前測(cè)定鈮和鉭的主要方法有電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法[1-4]、分光光度法[5-6]、電感耦合等離子體質(zhì)譜法[7]和X射線熒光光譜法[8]等。上述方法大多是采用分離富集的方法進(jìn)行檢測(cè)，流程較長(zhǎng)，不適合大批量樣品的分析測(cè)定。利用電感耦合等離子體質(zhì)譜(ICP-MS)法靈敏度高、檢出限低和抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)[9]，建立了用電感耦合等離子體質(zhì)譜法同時(shí)測(cè)定地質(zhì)樣品中鈮和鉭含量的方法。方法簡(jiǎn)便、快捷,結(jié)果滿足分析測(cè)定要求。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與設(shè)備

電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(美國(guó)賽默飛世爾科技公司)；防腐高壓消解罐和防腐烘箱(廣州濟(jì)科儀器科技有限公司)。

1.2 試劑與標(biāo)準(zhǔn)溶液

巖石成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)(地質(zhì)礦產(chǎn)部巖礦測(cè)試研究所)；鈮標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液(1 000 μg/mL)和鉭標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液(1 000 μg/mL)，均為國(guó)家有色金屬及電子材料分析測(cè)試中心產(chǎn)品；酒石酸(AR)、硫酸(GR)、硝酸(GR)、氫氟酸(GR)、鹽酸(GR)，均為西隴化工股份有限公司產(chǎn)品；純水，電阻率大于18 MΩ·cm去離子水。

1.3 分析方法

準(zhǔn)確稱取0.10 g(精確至0.000 1 g)樣品于防腐高壓消解罐中，加入3 mL HNO3、5 mL HF、1 mL H2SO4(1+1)，蓋上蓋子，放于防腐烘箱中，從低溫升至120 ℃并保持1.5 h，取出，于控溫電熱板蒸至白煙冒盡，用酒石酸溶液(6%)轉(zhuǎn)移至50.0 mL容量瓶中，冷卻，稀釋至刻度后搖勻，待測(cè)。

2 結(jié)果與討論

2.1 消解時(shí)間的選擇

消解時(shí)間的長(zhǎng)短影響消解的效果，時(shí)間過(guò)短，樣品消解不完全，導(dǎo)致測(cè)定結(jié)果偏低；過(guò)長(zhǎng)，浪費(fèi)時(shí)間和電力，導(dǎo)致分析效率降低，因此對(duì)消解時(shí)間進(jìn)行優(yōu)化是有必要的。選取了GBW07103、GBW07104、GBW07105、GBW0106、GBW0107、GBW0108等6個(gè)巖石成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，設(shè)定消解溫度為120 ℃，考察不同的消解時(shí)間對(duì)不同含量的鈮和鉭消解效果的影響。由表1和表2中可以看出，當(dāng)消解時(shí)間為1.5 h時(shí)，測(cè)定結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)值相對(duì)誤差較小。故實(shí)驗(yàn)選擇消解時(shí)間為1 h。

表1 消解時(shí)間對(duì)鈮測(cè)定的影響Table 1 Effects of dissolution time on Nb determination /(μg·g-1)

表2 消解時(shí)間對(duì)鉭測(cè)定的影響Table 2 Effects of dissolution time on Ta determination /(μg·g-1)

2.2 試樣的消解

含有鈮鉭地質(zhì)樣品的消解方法有酸消解、酸性熔劑消解和堿性熔劑消解等方法，由于酸性熔劑消解和堿性熔劑消解會(huì)引入大量的鹽類，需采用分離富集方法來(lái)消除測(cè)定干擾。故實(shí)驗(yàn)采用酸消解，通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)得出，硝酸-氫氟酸-硫酸為實(shí)驗(yàn)選擇的最佳消解體系。

2.3 內(nèi)標(biāo)選擇

電感耦合等離子體質(zhì)譜法在測(cè)定地質(zhì)樣品中鈮和鉭時(shí)存在著基體干擾。因此選擇合適的內(nèi)標(biāo)元素來(lái)消除干擾是必要的。根據(jù)內(nèi)標(biāo)元素選取原則：被測(cè)元素與內(nèi)標(biāo)元素質(zhì)量數(shù)要相近；被測(cè)元素與內(nèi)標(biāo)元素的電離能要相近；被測(cè)元素中不含內(nèi)標(biāo)元素或者所含內(nèi)標(biāo)元素量可以忽略不計(jì)。根據(jù)選取原則和表3實(shí)驗(yàn)結(jié)果，綜合考慮后選取Rh作為內(nèi)標(biāo)元素,實(shí)驗(yàn)結(jié)果令人滿意。

表3 待測(cè)元素和內(nèi)標(biāo)元素的質(zhì)量數(shù)和電離能Table 3 Mass and ionization energy for the analyzed element and internal standard element

2.4 介質(zhì)的選擇

Nb、Ta易水解，實(shí)驗(yàn)通過(guò)加入酒石酸介質(zhì)防止水解。分別移取1 mL鈮和鉭混合標(biāo)準(zhǔn)溶液(10.0 μg/mL)于5個(gè)25.0 mL容量瓶?jī)?nèi)，保持各自瓶中酒石酸體積分?jǐn)?shù)為2%、4%、6%、8%、10%，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表4。

由表4可知，實(shí)驗(yàn)選取酒石酸體積分?jǐn)?shù)為6%較適宜。

表4 不同介質(zhì)對(duì)樣品測(cè)定的影響Table 4 Effects of different media on sample determination /(μg·g-1)

2.5 方法檢出限和精密度實(shí)驗(yàn)

按照實(shí)驗(yàn)方法制備一個(gè)空白溶液，進(jìn)行11次平行測(cè)定，k值取3，計(jì)算分析方法的檢出限；對(duì)Nb和Ta混合標(biāo)準(zhǔn)溶液(100 ng/mL)進(jìn)行11次平行測(cè)定，計(jì)算方法的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)見表5。

表5 檢出限和精密度

Table 5 Detection limit and precision/(μg·g-1)

元素ElementsNbTa檢出限D(zhuǎn)etectionlimit00270015測(cè)定限D(zhuǎn)eterminationlimit00900050RSD/%3325

2.6 準(zhǔn)確度實(shí)驗(yàn)

選用土壤國(guó)家一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW07401至GBW07408系、國(guó)家一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW07301至GBW07308分析對(duì)照，結(jié)果見表6和表7。

經(jīng)土壤和水系沉積物標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)驗(yàn)證，結(jié)果滿足“地質(zhì)礦產(chǎn)實(shí)驗(yàn)室測(cè)試質(zhì)量管理規(guī)范”的要求。

表6 樣品中鈮的準(zhǔn)確度實(shí)驗(yàn)Table 6 Accuracy tests for Nb /(μg·g-1)

表7 樣品中鉭的準(zhǔn)確度實(shí)驗(yàn)Table 7 Accuracy tests for Ta /(μg·g-1)

3 結(jié)論

建立了高壓消解-電感耦合等離子體質(zhì)譜法測(cè)定地質(zhì)樣品中鈮和鉭的方法，經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)驗(yàn)證，獲得了滿意的結(jié)果。

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Determination of Niobium and Tantalum in Mineral by High PressureDissolution-Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry

HU Ming1, WAN Bing2, REN Zhihai3, LI Shuqiang3, WANG Jiemin3

(1.JilinNonferrousMetalsGeologicalExplorationBureau608TeamLaboratory,Changchun,Jilin130500,China;2.SixthLaboratoryoftheGeologicalSurveyInstitute,Yanji,Jilin133001,China;3.FifthLaboratoryoftheGeologicalSurveyInstitute,Changchun,Jilin130500,China)

A methodfor the determination of niobium and tantalum contents in mineral by ICP-MS was established in this paper. The samples were dissolved in HF-HNO3-H2SO4solution using high pressure digestion system. Effects of sample dissolution system, dissolution time, solution medium and internal standard element on determination results were studied. The detection limit of Nb was 0.027 μg/g and the detection limit of Ta was 0.015 μg/g. The relative standard deviation (RSD) of Nb is 3.3%; the RSD of Ta is 2.5%.The analytical results of the standard materials were satisfactory, which indicated that this method can be applied to analyze niobium and tantalum in large batches of geological samples.

ICP-MS; Nb; Ta; geological sample

2016-02-21

2016-05-09

胡明，男，高級(jí)工程師，主要從事巖石礦物分析研究。E-mail:huming608@163.com

10.3969/j.issn.2095-1035.2016.03.008

O657.63；TH843

A

2095-1035(2016)03-0035-04