鈮和鉭在化學(xué)元素周期表中同屬一族,性質(zhì)很相似。它們?cè)谧匀唤缰锌偸枪采?而鈮鉭礦石中的鈮鉭主要礦物是共生成鈮鐵礦和鉭鐵礦,能抵抗多種酸的侵蝕,它們很分散,富礦很稀少,在自然界中沒(méi)有單質(zhì)狀態(tài),不易從它們的化合物中分離出來(lái)[1-2]。幾年來(lái)隨著地質(zhì)勘探的開展,越來(lái)越多的鈮鉭礦石被發(fā)現(xiàn),并且被選礦人員進(jìn)行分離富集,需要檢測(cè)人員對(duì)其含量進(jìn)行快速準(zhǔn)確的精確測(cè)定。

實(shí)驗(yàn)證明,鉭在常溫下,對(duì)堿溶液、氯氣、溴水、稀硫酸以及其他許多藥劑均不起作用,僅在氫氟酸和熱濃硫酸作用下有所反應(yīng)。這樣的情況在金屬中是比較罕見的。目前比較常見對(duì)鈮、鉭的測(cè)定通常都是用微波消解法氫氟酸消解礦樣對(duì)其測(cè)定[3-5]。針對(duì)地調(diào)項(xiàng)目的大批量(通常都是日處理幾百件)要求快速得到準(zhǔn)確結(jié)果的要求,微波消解方式的處理速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到要求。本文采用恒溫電熱板,氫氟酸2硫酸2硝酸混酸對(duì)礦樣進(jìn)行消解處理,酒石酸定容用電感耦合等離子體2原子發(fā)射光譜法(ICP-AES),選擇鈮鉭的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)作為標(biāo)準(zhǔn)系列對(duì)其含量進(jìn)行測(cè)定,能一次性處理100多件樣品,基本上滿足了地調(diào)項(xiàng)目快速出結(jié)果的要求,并且結(jié)果準(zhǔn)確可靠。本文通過(guò)選擇分析線,優(yōu)化儀器工作條件,采用基體匹配方法,消除消解基體的影響,建立了ICP-AES測(cè)定鈮鉭礦石中的鈮、鉭含量的方法。

1實(shí)驗(yàn)部分

1.1儀器與試劑

電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀(美國(guó)PerkinElmer公司)。恒溫實(shí)驗(yàn)電熱板（小編推薦：格丹納HT系列恒溫電熱板）100g/L、2g/L酒石酸(優(yōu)級(jí)純)溶液;40g/L草酸銨(優(yōu)純純)溶液。Nb2O5和Ta2O5標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液:分別取0.02g鈮、鉭樣品用焦硫酸鉀于鉑金坩堝中融解,冷卻后用50g/L草酸優(yōu)級(jí)純?nèi)芙舛ㄈ萦?00mL容量瓶中待用。硫酸、氫氟酸、硝酸(分析純)。實(shí)驗(yàn)用水為二次蒸餾水。

1.2儀器工作條件

高頻發(fā)生器功率為1000W,載氣流量控制在0.85—0.9(L/min),輔助氣流量為0.2L/min,觀測(cè)高度為15mm,沖洗時(shí)間為20s。鈮、鉭的分析線分別為316.324nm和268.517nm。

2.3實(shí)驗(yàn)方法

稱取0.5g樣品于300mL聚四氟乙烯燒杯中,加入約為10mL硝酸2氫氟酸2硫酸(6∶5∶1,V/V/V)的混酸,在恒溫電熱板上高溫加熱至冒硫酸煙1min左右,取下冷卻后用50g/L酒石酸15mL提取,于恒溫電熱板上加熱3—5min,待樣品完全溶解后,用5%酒石酸定容于25mL容量瓶中,用電感耦合等離子體-原子發(fā)射光譜法測(cè)定。

2結(jié)果與討論

2.1分析譜線

實(shí)驗(yàn)對(duì)儀器推薦的鈮、鉭分析線進(jìn)行掃描,比較同一元素幾條分析線的特點(diǎn),同時(shí)考慮共存元素的相互干擾,從中選擇靈敏度高、背景低、基體對(duì)測(cè)定不干擾或者干擾盡量小的譜線為分析線。儀器開機(jī),點(diǎn)燃電感耦合等離子體后,依次噴入二次蒸餾水、25g·mL-1鈮、鉭溶液和標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)溶液進(jìn)行測(cè)定,用儀器推薦的幾條分析譜線進(jìn)行測(cè)定,通過(guò)觀察屏幕顯示的光譜輪廓圖像,計(jì)算信背比,以信背比強(qiáng)度大,相互間無(wú)譜線干擾及檢出限低為依據(jù),選定鈮、鉭的分析線分別為316.324nm和268.517nm。

2.2儀器工作參數(shù)

針對(duì)載氣流量、觀測(cè)高度、高頻功率等主要參數(shù)的改變,依據(jù)背景等效濃度值為考察指標(biāo)對(duì)儀器的分析性能進(jìn)行分析,從中選出對(duì)各個(gè)元素合適的分析線。

2.2.1高頻發(fā)射器功率的選擇

改變高頻發(fā)射器功率,在儀器工作條件下測(cè)定背景等效濃度值,結(jié)果表明,功率越大,溫度升高,信背比將降低,導(dǎo)致檢出限增高,降低了檢出能力;采用相對(duì)較低的功率信背比增加,但基體效應(yīng)較明顯。由于地調(diào)樣品中的鈮、鉭含量都在克噸級(jí)別,在滿足條件的前提下,選擇較低的高頻功率以獲得較好的檢出限。實(shí)驗(yàn)選擇高頻發(fā)射器的功率為1000W。

3.2.2載氣流量的選擇改變載氣流量,在儀器工作條件下測(cè)定背景等效濃度值,結(jié)果表明,隨著載氣流量增加,溶液噴霧量及氣溶膠數(shù)量增大,待測(cè)物在等離子體中通道的停留時(shí)間減少;當(dāng)載氣流量為0.9L/min時(shí),鈮、鉭信背比較高,實(shí)驗(yàn)選擇載氣流量為0.9L/min。

2.2.3觀測(cè)高度的選擇

改變觀察的高度,在儀器工作條件下測(cè)定背景等效濃度值,結(jié)果表明,隨著觀測(cè)高度的增加,光源背景發(fā)射強(qiáng)度減弱,當(dāng)觀測(cè)高度為15mm時(shí),光源背景發(fā)射強(qiáng)度弱,實(shí)驗(yàn)選擇觀測(cè)高度為15mm。

2.3溶樣酸及其用量的選擇

考慮了不同酸體系對(duì)樣品溶解的影響,結(jié)果表明,硝酸的氧化能力較強(qiáng),但對(duì)硅的溶解能力不足,而加入氫氟酸又對(duì)霧化器、霧化室和等離子體鉅柱等有腐蝕作用,為此加入硫酸冒煙趕去過(guò)量的氫氟酸。為降低試劑空白,減少酸的腐蝕及對(duì)測(cè)試穩(wěn)定性的影響,在樣品溶解完全的前提下,盡量減少酸的用量,實(shí)驗(yàn)采用用硝酸2氫氟酸2硫酸(6∶5∶1,V/V/V)混合酸對(duì)樣品進(jìn)行溶解。

2.4校準(zhǔn)曲線和檢出限

選擇3個(gè)含量和性質(zhì)接近的礦石標(biāo)準(zhǔn)樣品按實(shí)驗(yàn)方法處理后,在儀器工作條件下測(cè)定其發(fā)射強(qiáng)度,鈮、鉭質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別在0—8μg/mL,與相應(yīng)的發(fā)射強(qiáng)度呈線性關(guān)系。分別用I表示鈮、鉭發(fā)射光譜強(qiáng)度,x為鈮、鉭含量。鈮和鉭的線性回歸方程分別為I(Cts/s)=9.98x(μg/mL)+0.00112和I(Cts/s)=1.8215x(μg/mL)+0.00021,相關(guān)系數(shù)為1.0000和0.9998。按實(shí)驗(yàn)方法測(cè)定11份空白溶液,以測(cè)定結(jié)果3倍標(biāo)準(zhǔn)偏差計(jì)算,鈮、鉭的檢出限分別為0.021、0.048μg/mL。

2.5樣品分析

按實(shí)驗(yàn)方法對(duì)不同含量的鈮鉭標(biāo)準(zhǔn)品進(jìn)行6次平行測(cè)定,結(jié)果見表1,同時(shí)進(jìn)行加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn),結(jié)果見表2。

由表1表2結(jié)果可以看出,該方法對(duì)鈮、鉭的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的測(cè)定結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)值基本一致,平行測(cè)定6次的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差符合地質(zhì)樣品的測(cè)定要求。進(jìn)行樣品加標(biāo)回收測(cè)定,回收率在95.6%—108.3%之間,能滿足鈮鉭礦石中的鈮和鉭元素的測(cè)定要求。該方法能很好的解決在處理地質(zhì)調(diào)查樣品時(shí)所面臨的大批量而且要求快速出結(jié)果的需求。

3結(jié)論

采用恒溫電熱板,氫氟酸-硫酸-硝酸混酸對(duì)礦樣進(jìn)行消解處理,酒石酸定容用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法,分別用316.324nm和268.517nm兩條分析線,選擇高頻發(fā)射器的功率為1000W,觀測(cè)高度為15mm,氣流量為0.9L/min的條件下,對(duì)鈮、鉭的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)進(jìn)行測(cè)定,結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)值基本一致,進(jìn)行樣品加標(biāo)回收測(cè)定回收率95.6%—108.3%之間,能滿足鈮鉭礦石中的鈮鉭元素的測(cè)定要求,建立了ICP-AES測(cè)定鈮鉭礦石中的鈮、鉭含量的方法。

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