原子吸收光谱仪法在矿石中 Zn、Cu、及 Pb 元素检测中的实际应用
发布时间:2024-07-09点击：次
Cu、Pb、Zn 是影响矿石质量方面的主要因素，在检验中受到较多的关注。为了更加精确的测定矿石中各种元素构成，目前主要有分光光度法、电感耦合法和原子吸收法。本文着重对原子吸收法进行主要讲解。
原子吸收法是检测矿石中 Cu、Pb、Zn重要的检测方法。原子吸收法有快速准确，实验灵敏度高，重现性好，成本低廉等优点。用原子吸收法检测已经有了相应的国家标准。本文对原子吸收法在矿石元素检测上的应用进行详细的阐述。
1.原子吸收法原理简介
原子吸收法又称为原子吸收光谱法，是在20世纪50年代中期发展起来的新型检验方法。它主要通过气态原子的外层电子对可见光、紫外光与相对应的原子产生共振辐射线，针对原子不同的吸收强度定量被测量元素的含量。在地质、冶金、化工、农业等多个行业广泛的使用，主要适用于物体中微量和痕量元素的检测。原子吸收法的工作原理是：每一种原子能发射一系列特征谱线，也能接收与发射线波长一样的特征谱线。待检测元素通过光源射出一定波长的特征光波，通过样品蒸汽时被待测元素中的原子吸收，形成特定的光谱。根据郎伯—比尔定理，即光背透明介质吸收的比例与入射光的强度无关；在光程上每等厚层介质吸收相同比例值的光。
原子吸收光谱严格的讲不是线状光谱，它具有一定的宽度。影响原子吸收谱线宽度的因素。我们通常把原子性质引 起的宽度称为自然宽度，把因热运动引起的宽度称为多普勒变宽。多普勒变宽是引发谱线变宽的主要因素。
2.原子吸收法在矿石中Zn、Cu、Pb 元素检测中的应用
2.1原子吸收光谱仪
原子吸收法不可避免要用到原子光谱仪，其主要由广元原子化器、单色器、检测器四部分构成。其中核心的部件是 原子化器，进行试样蒸发、干燥、吸收及原子化。
2.2实验步骤
2.2.1制作标准样品
以铜为例，取Cu标准样品0.1g，置于烧杯内，加入浓度4%的氟化氢铵 5ml和10ml 的浓盐酸，持续煮沸5分钟。 加入 5ml浓硝酸，待干燥后取下冷却。加入 5ml 高氯酸加热，直至无残渣。取下后冷却至室温，加入2ml浓盐酸。加少量水清洗仪器再次加热煮沸，冷却后偶将样品移至100ml容量瓶中直至刻度，以同样方法制作 Cu、Pb、Zn 三种元素的标准溶液，每个元素样本溶液6份以备用。
2.2.2校准曲线
在6份标准溶液容量瓶中均加入2ml浓盐酸，此后依次加入0ml、1ml、2ml、3ml、4ml、5ml的金属离子标准溶液，加水至刻度后定容。放入原子吸收分光光度计进行曲线描绘，以金属离子的浓度为横坐标，吸光度为纵坐标绘制标准曲线。
2.2.3测定含量
按执照标准溶液的方法制待测样品，每一浓度测定3次吸光度，绘制曲线，与标准曲线进行对比，通过标准曲线上查得相应浓度计算元素的含量。
2.3原子吸收法在矿石元素检测中的实际应用
我国从20世纪80年代开始，就不断研究原子吸收法在对矿石测定时通过改换消解试剂，加入不同的样本处理方法，与多种萃取方法等方式。使改良后的原子吸收法对于矿石成分多种测定时更加精确，从而使原子吸收法实际应用更加广泛。
20世纪80年代末，冶金勘探公司率先使用原子吸收法进行对样品中铜、铅、锌、钴、镍的检验，发现原子吸收法和标准偏差不超过4.2%。之后，对共存元素的干扰作用做了相关实验，发现，不需要分离各矿物中的元素进行单独检测，原子吸收法能够直接连续测定钼矿中 Cu、Pb、Zn等元素在样品中的含量，因此原子吸收法不止用于冶金专业，开始用于钼矿外贸检验专业。
之后的有色金属都是用原子吸收法进行矿石中Cu、Pb、Zn 含量测定的。
20 世纪90年代初，军医研究所提出了流动梯度校正原理，从而建立了单标准流动梯度校正法在砷矿石中检测Cu、 Pb、Zn的含量，其相对标准偏差减小到3%。其后，在对矿石溶剂的选取上，将传统消解剂——浓盐酸和浓硝酸，改为以“硝酸 + 氯化钱 + 高猛酸钾 + 氢氟酸”作溶剂，利用原子吸收法同时测定了矿石中 Cu、Pb、Zn，Ag，从而形成了一种更新的方法。原子吸收法对于金和银等稀有元素的检测灵敏度都很高。此方法依然沿用至今。
20世纪90年代末，再一次改换消解溶剂，采用“王水 + 氟化钠”溶样，并加高氯酸除去氟，锶盐消除 Si、Al、Fe 对 钙、镁、锰的干扰，从而利用原子吸收法联合测定了矿石中Cu、Pb、Zn、Ca、Mg的含量，是回收率最低达97%以上。 在此基础上发展了溶样原子吸收法，内检、外检、合格率均达 90% 以上。而成本仅达到原来的 1/3。
之后，研制出火焰原子吸收法，可以通过一次性溶矿，对 Cu、Pb、Zn、Fe、Mn 等元素进行联测，各项技术指标较部级标准更加精确，并且直到现在，火焰原子吸收法仍然是矿物内各种微量和痕量的主要检测方法。
21 世纪初，中国地质大学在待测离子中利用浊点富集络合物于胶束内析出，通过析相萃取和原子吸收法的连用，使用火焰原子吸收光谱法测定矿产中的锌检出限大大降低。之后某化工集团对火焰原子吸收法进行改进，采用空气—乙炔火焰在原子吸收光谱仪324.7nm、283.3nm、213.9nm 处测量 Cu、Pb、Zn吸光度，发现综合测定和单独测定结果基本一致。同年地质队创新原子吸收法，以微波消解待测样品，消解试剂改良为盐酸、过氧化氢、少量氢氟酸。消解完成后，再加入高氯酸钾驱赶氢氟酸，定容。采取快速序列分析功能的原子吸收仪同时测定Cu、Pb、Zn、Mn的含量。
3.结语
通过对原子吸收法在实验和实际生产过程当中对矿石中 Zn、Cu、Pb 元素的测定得出以下结论 。原子吸收法能极大地提高标准系列的标准浓度。在样品Pb含量较高时，需要提高消解剂的酸度，这样才能保证样品完全溶解。无论实验过程中原子吸收法采用何种介质，对样品的测定都没有影响。原子吸收法在测定过程中，为达到不同的目的，会融合各种各样的消解或者萃取方法，但是其操作都是十分简单易行的。 而且原子吸收法适合矿石的多种成分多次测定，有效减少人为因素造成的误差。这一分析方法较传统分析方法能获得更高的精度，更能满足我国矿业发展的基本要求。
