一種電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法測定赤泥浸出液中稀土元素的新方法
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作者：鄭曉敏
目前，國內(nèi)外尚無好的處理方法，只能筑壩堆存，其中含有的物質(zhì)既損害人體健康又污染水源。從赤泥中提取稀土金屬，對保護(hù)環(huán)境特別是提高礦產(chǎn)資源的綜合利用率有著重要的意義，對赤泥浸出液中稀土元素含量進(jìn)行測定可以指導(dǎo)研發(fā)人員初步判斷赤泥中的稀土總量，它是考察赤泥利用價值的一種簡單有效的方法。
稀土元素的化學(xué)分析方法如分光光度法，大都使用有機(jī)試劑，存在分析周期長，操作繁鎖的缺點，而且只能進(jìn)行單一稀土元素的測定。若稀土元素同時存在，由于稀土元素化學(xué)性質(zhì)的相似性，在分光光度法中均相互干擾，因此，難以準(zhǔn)確測定單一稀土元素的含量。X射線熒光光譜法( XRF)也是測定稀土的重要手段之一，但該方法的缺點是分析靈敏度低，基體效應(yīng)嚴(yán)重。電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法(ICP-AES)是稀土元素測定的主要分析方法，具有檢出限低、精密度好、動態(tài)范圍寬等特點，但使用ICP-AES分析痕量稀土元素時，基體效應(yīng)同樣是一個不能忽視的干擾因素，為了克服稀土分析的基體效應(yīng)，常用的校正方法有基體匹配法、內(nèi)標(biāo)法、標(biāo)準(zhǔn)加入法以及校正因子法等。本實驗運(yùn)用5mol／L鹽酸浸取赤泥，提取赤泥中的部分水溶性稀土，利用ICP-AES，使用標(biāo)準(zhǔn)加入法繪制校準(zhǔn)曲線以消除基體效應(yīng)，實現(xiàn)了赤泥浸出液中稀土元素的同時測定，為今后分析赤泥中的稀土總量提供了實驗依據(jù)。
1 實驗部分
1.1 儀器及工作條件
IRIS Intrepid型電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀（美國熱電儀器公司）：中階梯光柵，CID檢測器，玻璃同心霧化器，蠕動泵進(jìn)樣。
ICP-AES最佳工作條件：射頻功率為950 W;霧化器壓力為172 kPa；輔助氣流量為0.50 L／min；沖洗泵速為100 r/min(1.85 mL/min)；分析泵速為100 r/min(1.85 mL/min)；積分時間短波為10 s、長波為10 s；清洗時間為10 s；重復(fù)次數(shù)為2次；泵管類型為Tygon-Orange。
1.2試劑
I。a、Ce、Pr、Nd、Sc、Y單元素標(biāo)準(zhǔn)儲備溶液（國家鋼鐵材料測試中心）：1 000 ;ug/mL; La、Ce、Pr、Nd、Sc、Y混合元素標(biāo)準(zhǔn)工作溶液：各元素質(zhì)量濃度均為100 rug／mL,分別移取10. 00 mL 1000 pg／mL La、Ce、Pr、Nd、Sc、Y單元素標(biāo)準(zhǔn)儲備溶液到100 mL容量瓶中，定容，搖勻；5 mol／L鹽酸。
以上試劑均為分析純；實驗用水為二次蒸餾水。
1.3 實驗方法
1.3.1 樣品的處理和測定
赤泥浸出液的制備：稱取5g(精確到0.000 2g)赤泥樣品（取自某氧化鋁廠），置于200 mL燒杯中，加入15 mL 5 mol／L鹽酸，浸取20 min，過濾，轉(zhuǎn)移至1 000 ml)容量瓶中，定容，搖勻。
移取20. 00 ml_赤泥浸出液于5個50 mL容量瓶中，定容，搖勻，記為待測試液。在最佳儀器工作條件下，采用ICP-AES對待測溶液直接測定。
1.3.2 標(biāo)準(zhǔn)溶液系列的配制
移取20. 00 mL赤泥浸出液于5個50 mL容量瓶中，再分別加入0、0. 50、1.00、1.50、2.00 mL La.Ce、Pr、Nd、Sc、Y均為100 ug／ml,的混合元素標(biāo)準(zhǔn)工作溶液，定容，搖勻。標(biāo)準(zhǔn)溶液系列中各元素的質(zhì)量濃度見表1。
2 結(jié)果與討論
2.1 分析譜線
選取3～5條待測元素的特征譜線進(jìn)行考察，選取稀土元素La、Ce、Pr、Nd、Sc、Y之間、稀土元素與基體元素間均無譜線干擾，且靈敏度高的譜線作為分析譜線，最終選擇La、Ce、Pr、Nd、Sc、Y的分析譜線分別為La 408.6、Ce 413.3、Pr 417.9、Nd 406.1、Sc 361.3、Y 377.4 nm。
2.2 儀器最佳工作條件
確定元素分析譜線后，發(fā)射強(qiáng)度主要由儀器功率、輔助氣流量、分析泵速和積分時間共同決定。選取La、Ce、Pr、Nd、Sc、Y均為1ug／mL混合標(biāo)準(zhǔn)工作溶液作為參考溶液，以上述4個參數(shù)為考察因素，以各稀土元素的發(fā)射強(qiáng)度為考察指標(biāo)，設(shè)計了4因素3水平的正交試驗，其中La的正交實驗方案、結(jié)果和方差分析見表2。
用同樣的方法考察其他稀土元素測定時儀器的最佳工作條件，對各因素不同水平下稀土元素的發(fā)射強(qiáng)度進(jìn)行方差分析，綜合考慮得出儀器最佳工作條件為儀器功率950 W、輔助氣流量0.50 L／min、分析泵速100 r／min、積分時間10 s。
2.3共存元素干擾的消除
由于赤泥浸出液中含有一定量的Al、Si、Ca、Na和Fe等元素，為了考察溶出的基體及雜質(zhì)元素對稀土元素測定的影響，設(shè)計了基體及雜質(zhì)元素對稀土測定的干擾試驗。將0.25 g/L和0.50 g/L的Al標(biāo)準(zhǔn)溶液分別與0.25 mg／L的稀土混合標(biāo)準(zhǔn)溶液混合，考察稀土元素的發(fā)射強(qiáng)度，結(jié)果表明Al質(zhì)量濃度越高，稀土元素的發(fā)射強(qiáng)度越低，說明赤泥浸出液中大量Al對稀土的測定有一定的干擾。用同樣的方法考察了0. 05 g/L和0.10 g／L的Si標(biāo)準(zhǔn)溶液、2 mg/L和4 mg/L的Ca標(biāo)準(zhǔn)溶液、2 mg/L和4 mg/L的Na標(biāo)準(zhǔn)溶液、0.15g/L和0.30 g/L的Fe標(biāo)準(zhǔn)溶液對0.25 mg/L的稀土元素發(fā)射強(qiáng)度的影響，結(jié)果表明Si、Ca、Na和Fe元素也對稀土的測定有一定的干擾。實驗采用標(biāo)準(zhǔn)加入法繪制校準(zhǔn)曲線，即在系列標(biāo)準(zhǔn)溶液中加入等量待測試液的方法來消除基體及雜質(zhì)元素對待測稀土元素測定的影響。
2.4 校準(zhǔn)曲線和檢出限
在儀器最佳工作條件下對標(biāo)準(zhǔn)溶液系列進(jìn)行測定，以稀土元素質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo)，其對應(yīng)的發(fā)射強(qiáng)度為縱坐標(biāo)，采用標(biāo)準(zhǔn)加入法繪制校準(zhǔn)曲線，線性方程、相關(guān)系數(shù)見表3。在同樣條件下對空白溶液連續(xù)測定10次，以其3倍標(biāo)準(zhǔn)偏差計算方法中各元素的檢出限，結(jié)果見表3。
3 樣品分析
3.1 精密度和回收率試驗
按照實驗方法測定赤泥浸出液中的稀土元素，并進(jìn)行精密度和加標(biāo)回收試驗。測定結(jié)果的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD，n=6）在0.21%～1.2%之間，回收率為96%-114%，見表4。
3.2 方法比對試驗
采用實驗方法和電感耦合等離子體質(zhì)譜法(ICP-MS)分別對赤泥浸出液中的稀土元素進(jìn)行了測定，結(jié)果見表5。由表5可見：兩種方法的測定結(jié)果基本一致。
4摘要：對赤泥浸出液中稀土元素含量進(jìn)行測定可以指導(dǎo)研發(fā)人員初步判斷赤泥中的稀土總量。采用5 mol／L鹽酸浸取赤泥中稀土元素鑭、鈰、鐠、釹、鈧、釔，并采用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法(ICP-AES)進(jìn)行了測定。以功率、輔助氣流量、分析泵速和積分時間為考察因素，各元素分析譜線的發(fā)射強(qiáng)度為考察指標(biāo)，設(shè)計了
的正交試驗，確定了電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀的最佳工作條件為功率950 W、輔助氣流量為0.50 r /min、分析泵速為100 r／min、積分時間為10 s。使用標(biāo)準(zhǔn)加入法繪制校準(zhǔn)曲線，消除了基體及雜質(zhì)元素對待測稀土元素測定的影響。各待測元素校準(zhǔn)曲線的線性相關(guān)系數(shù)均不小于0. 999 9，方法中稀土元素鑭、鈰、鐠、釹、鈧、釔的檢出限在0. 002 4--0. 013 mg／L之間。按照實驗方法測定赤泥浸出液實際樣品中稀土元素鑭、鈰、鐠、釹、鈧、釔，結(jié)果的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD，n=6）為0.21%～1. 2%，回收率為96%～114%。采用實驗方法和電感耦合等離子體質(zhì)譜法(ICP-MS)分別對赤泥浸出液中的稀土元素鑭、鈰、鐠、釹、鈧、釔進(jìn)行測定，兩種方法的測定結(jié)果基本一致。
