电感耦合等离子体发射光谱法测定磷精矿中磷、镁、钙、铁、铝、钾、钠、硫

2023-12-01唐丽丹高德池丁桂成

磷肥与复肥 2023年10期

唐丽丹，高德池，易琴，丁桂成

（湖北大峪口化工有限责任公司，湖北荆门 443100）

0 引言

磷矿石与磷精矿中磷、镁、钙、铁、铝、钾、钠、硫8 种元素，主要采用容量法、分光光度法、原子吸收法等测定，需要逐一单独进行测定，以人工操作为主，分析流程长，检测效率较低［1］。

电感耦合等离子体发射光谱法（ICP-AES），不仅能快速、准确地测定数据，而且检测范围较宽［2］。试样经溶解处理后直接用仪器检测，可以同时检测数个组分的含量，缩短了检测时间，避免了化学试剂的使用，在控制化学污染方面具有极大优势，十分符合当前社会的环保与科学理念。

1 实验部分

1.1 仪器及工作条件

主要仪器：Multiwave 5000 微波消解仪；电感耦合等离子体发射光谱仪，存在两种观察方式，水平和垂直，水平观察方式可以充分对元素进行燃烧，但存在的干扰较大，垂直观察方式是气体喷射与火焰成垂直方向，干扰因素较少。

ICP-AES 工作条件：观察方式，硫元素测定采用水平方式，其他元素测定均采用垂直方式；发射功率1 150 W；载气流量0.5 L/min；辅助气流量0.5 L/min；冷却气流量12.0 L/min。

1.2 标准溶液和主要试剂

实验中所采用的试剂均为优级纯及以上试剂，去离子水为二级水；高纯氩气，纯度≥99.999%。

标准溶液：根据磷精矿中8 种元素的常规含量，将标准试剂磷、镁、钙、铁、铝、钾、钠、硫配制成质量浓度为100 μg/mL 的标准溶液，将标准试剂磷、钙配制成质量浓度为1 000 μg/mL 的标准溶液。

1.3 样品预处理方法选择

酸溶法：称取试样0.1～0.5 g，精确至0.000 1 g，将试样置于300 mL 聚四氟乙烯烧杯中，加少量水润湿，小心加入盐酸20 mL、硝酸7 mL，于电热板上缓慢加热至沸腾，保持微沸至烧杯内溶液剩5 mL 左右；取下稍冷后加入盐酸10 mL，加热微沸10 min，取下，冷却后转移至250 mL容量瓶，用水稀释至刻度，摇匀，用慢速滤纸干过滤，待测。

碱熔法：称取试样0.1～0.5 g，精确至0.000 1 g，将试样置于铺有4.0 g NaOH 的银坩埚中，表面覆盖4.0 g NaOH，置于高温炉中，高温炉初始温度低于200 ℃，缓慢升温至670 ℃并保持10 min，取出后用盐酸溶液和热水将样品转移至250 mL烧杯中，并加入浓盐酸30 mL，冷却后转移至250 mL 容量瓶中，用水稀释至刻度，摇匀，用慢速滤纸干过滤，待测。

微波消解法：称取试样0.1～0.5 g，精确至0.000 1 g，将试样置于高温压力密封消解罐中，加水润湿，加入盐酸20 mL、硝酸7 mL，摇匀，待无明显气泡产生时，将密封消解罐拧紧，放入高温高压微波消解炉中，设置升温程序，在约10 min内使温度从室温上升到150 ℃，保持10 min，继续升温至180 ℃（升温时间约5 min），保持10 min。消化后冷却至室温，将消化液转移到250 mL 容量瓶中，用水稀释至刻度，摇匀，用慢速滤纸干过滤，待测。

1.4 标准曲线绘制

分别吸取100 μg/mL 磷、钙标准溶液0、2.00、4.00、6.00、8.00 mL于5个容量瓶中，1 000 μg/mL 磷标准溶液1.00、2.00 mL，1 000 μg/mL 钙标准溶液1.00、3.00 mL于2个100 mL容量瓶中，加入盐酸3 mL，用水定容，混匀。分别吸取100 μg/mL 镁、铁、铝、钾、钠标准溶液0、2.00、4.00、6.00、8.00、10.00 mL 于6 个100 mL 容量瓶中，加入盐酸3 mL，用水定容，混匀。吸取100 μg/mL 硫标准溶液0、2.00、4.00、6.00、8.00、10.00 mL 于6 个100 mL 容量瓶中，加入盐酸3 mL，用水定容，混匀。用ICP-AES 在推荐谱线波长处测定各标准溶液的辐射强度。以各标准溶液中被测元素质量浓度为横坐标，相应的辐射强度为纵坐标，绘制标准曲线。

1.5 样品测定

根据被测元素的质量分数，从制备的试样溶液中分取一定体积试液，置于100 mL 容量瓶中，加入盐酸3 mL，用水定容，混匀。用ICP-AES在与标准系列溶液相同的条件下，测得各元素的辐射强度，并在标准曲线上查出相应的质量浓度。

空白实验：除不加试样外，其他步骤同试样溶液的测定。

2 结果与讨论

2.1 样品预处理方法选择

对磷精矿的3 种预处理方法测定结果进行对比，结果见表1。磷、镁、钙、铁4 种元素含量测定采用酸溶、碱熔、微波消解法均可行；铝、硫用酸溶法制备的溶液检测结果偏低；碱熔法可以充分熔解样品，但在熔融过程中加入数倍的氢氧化钠，因此该法制备的溶液不能测钾、钠，且酸化后会导致样品溶液中的盐分过多，而ICP-AES 雾化器对样品溶液的盐分有要求，一般要求其质量分数不超过10%，过高会堵塞雾化器。微波消解法引进的杂质少，检测结果整体可靠。以下实验选择微波消解法作为样品预处理方法。

表1 3种样品预处理方法对比

2.2 分析谱线的选择

电感耦合等离子体发射光谱仪针对每一种元素都有数条可供选择的分析谱线，实验采用ICAP 单标法检测各个项目，从相关系数、检测的标准差及样品数据对照结果综合考虑，选择干扰少、背景比高的谱线为推荐分析线。磷、镁、钙、铁、铝、钾、钠、硫推荐谱线波长分别为213.618、279.553、317.933、 234.349、 396.152、 766.490、 589.592、182.624 nm。

2.3 检出限和相关系数

各元素标准曲线的线性范围、线性方程、相关系数和检出限见表2。

表2 各元素的线性方程

从表2 可以看出，各元素标准曲线相关系数均达到0.999 以上，即表明相关性很高；8 种元素的检出限均低于0.07 μg/mL，符合国家的检出限标准要求。

2.4 精密度实验

在同等仪器设定条件下，采用ICP-AES 法对元素含量不同的两组样品进行测定，每个样品平行测定6 次，检测结果见表3。从表3 可知，当磷精矿中各元素质量浓度大于0.5 μg/mL 时，各元素测定结果的相对标准偏差均在8.0%以内。当钾、钠、硫3 种元素质量浓度小于0.5 μg/mL 时，建议单独进样测定，并增大进样量。ICP-AES 法可以适用于磷精矿中8种元素的检测。