ICP电感耦合等离子体发射光谱仪

燃烧-碘酸钾吸收-ICP-OES测定地质样品中的微量硫

发布日期:2024-08-01  点击次数:

硫是一种非金属轻元素,地质样品中的硫主要以单质、硫化物和硫酸盐等形式存在。地质学家通过对典型矿床的地球化学异常系统研究表明,(硫)同位素指标在研究异常成矿前景、矿化类型及矿体赋存部位方面有重要指示作用。使用元素的含量、关系指标能够较好地区分矿致异常与非矿异常、判断异常矿化类型、指示矿化体赋存部位。因此,硫是地质调查项目中非常重要的检测项目,几乎所有的地调项目都要求检测硫的含量,所以,岩矿分析实验室所承担的测硫地质样品数量庞大,样品矿种不一、性质复杂,致使生产任务充满了挑战性,因此,准确、快速测定地质样品中硫的含量具有十分重要的意义。

有关地质样品中硫的分析测试方法已有很多研究,应用较多的方法有燃烧-碘量法、X-射线荧光光谱法、高频红外碳硫仪、电感耦合等离子体发射光谱法等。燃烧碘量法是一种经典的分析方法,但也存在对实验人员经验要求高,滴定终点不易控制,容易造成人为误差,测试流程繁琐,工作效率低下等问题;X-射线荧光光谱法,由于方法自身缺陷,实际工作中仅适合测定特定浓度范围的样品;电感耦合等离子体发射光谱法,酸溶样品时,容易形成硫化氢气体,测量结果偏低;碱熔样品又会加入大量的盐分,不适合ICP-OES直接测试,只能进行样品大倍数稀释,这样直接影响硫的谱线的灵敏度,很难保证分析结果的准确性;高频红外碳硫仪被广泛应用在地质行业中,但也存在成本高、低含量样品准确性差等问题。因此,研究一种简洁、快速、灵敏度高、干扰少、测量范围广的硫的测量方法势在必行。

我们研究了燃烧-碘酸钾吸收-ICP-OES测定地质样品中硫的方法,含硫样品经1300℃高温燃烧后,硫以二氧化硫形式释放出来,用过量的碘酸钾溶液吸收后生成亚硫酸,亚硫酸与碘反应蕞终在溶液中以稳定的硫酸形式存在,再利用电感耦合等离子体发射光谱法测定溶液中的硫。该法集燃烧碘量法和ICP-OES法的优点于一身,即实现了样品中硫的完全分解和吸收,又消除了ICP-OES法测定硫时的基体干扰和光谱干扰,这样即使含量很低的硫也可以获得准确的测量结果,因此,该方法可以满足不同矿种地质样品中不同含量的硫的快速、准确测定,目前已应用到本单位各类地质样品中硫的测定工作中,取得了满意的结果。

1.    实验部分

1.1仪器及工作参数

电感耦合等离子体发射光谱仪(上海美析仪器有限公司);高性能同心雾化器。仪器工作参数条件见表1


1.2主要试剂及材料

硫标准储备溶液(1000mg/L):准确称取0.2344g无水硫酸钠(Na2SO4,于110℃干燥2h),溶于去离子水中,定容至100mL容量瓶中。

淀粉稀盐酸吸收液:称取1.0g可溶性淀粉于1L的烧杯中,加水调成糊状,加入100mL刚煮沸的水,并继续煮沸1min使溶液透明,冷却后加水至约800mL,加5mL盐酸(1+1),用水稀释至1000mL

碘酸钾标准溶液c1/6KIO3=0.006mol/L:称取0.2140g碘酸钾基准试剂(180℃烘至恒重),置于1000mL烧杯中,加水搅拌使其全部溶解,再加入15g碘化钾、1g氢氧化钾,溶解后,移入1000mL容量瓶中,用去离子水稀释至刻度,摇匀,视样品浓度进行相应稀释。

石英砂助溶剂(光谱纯):经1300℃灼烧2h,冷却后装入磨口玻璃瓶中备用。

瓷舟:长度约7788mm,于1300℃灼烧2h,于干燥器中保存。

燃烧吸收装置:见图1

1.3样品的前处理

称取0.2~0.5g地质样品,精确至0.0002g,均匀地平铺于预先垫有石英砂助溶剂的瓷舟中,再在样品上覆盖薄薄一层助溶剂。连接好定硫仪装置,检查全部装置是否密闭,调节电压在65V左右,待温度升至400℃,逐渐升高电压,升高温度至1300℃。在吸收杯中准确加入25.0mL事先配制好的淀粉稀盐酸吸收液-碘酸钾标准溶液,将导管插到吸收液底部,调节气流为每秒2~3个气泡。将盛有样品的瓷舟推入管炉中预定位置(蕞热的部分),通入氧气到吸收液中,刚开始时调节出气阀门使气体小气泡排出,保持3min,然后调节至大气泡排出,再保持2min后取下吸收杯,盖上盖子,待测,同批做空白试验。(注:当吸收液蓝色万泉消退,需改变称样量或吸收液浓度。)

1.4标准曲线的绘制

通过逐级稀释的办法,准确配制0.00.10.51.02.05.010.020.0mg/L的硫的标准溶液,仪器稳定后,参考仪器工作条件进行测定。以硫元素的浓度为横坐标,以谱线的信号强度为纵坐标绘制校准曲线。

2.    结果与讨论

2.1淀粉稀盐酸吸收液酸度的选择

经过大量实验表明,淀粉溶液在酸度偏弱时指示终点蕞灵敏,当指示剂中盐酸的浓度过高时,单质碘就会生成碘酸根离子,从而导致溶液不显示蓝色,而当指示剂中盐酸浓度过低时,淀粉会水解生成糊状,稀释液会显示红色,经过试验配制成(1+399)盐酸-淀粉溶液,指示剂会显示稳定的蓝色。

2.2分析谱线的选择

元素从激发态到基态的跃迁过程中会出现不同跃迁路线,他们的几率不同,因此会出现不同的分析谱线,并且每一种分析线的灵敏度不同。本仪器使用的CID检测器的波长范围为166847nm,在允许的波长范围内可选用硫的分析线有180.73nm182.03nm两条分析线。通过实验分析线182.03nm强度值最大,并且该分析线附近没有谱线干扰,而硫分析线180.73nm附近有钠(180.71nm)、钙(180.73nm)、铝(180.74nm)三条分析谱线,会对硫的测定造成干扰,所以通常我们选182.03nm谱线为分析线。

2.3稳定性实验

通过上述实验结果表明样品前处理完毕后,48h内样品均处于稳定状态,样品测试结果重现性较好。

2.4方法技术指标

2.4.1检出限、测定下限

仪器在稳定的条件下,使用该分析方法连续分析十二次样品空白,计算该方法的标准偏差,然后三倍的标准偏差记作方法的检出限,得出ICP-OES法测硫的检出限为3.1μg/g

2.4.2方法准确度和精密度

按照技术规范的要求选择四个低、中、高三种含量的国家一级标准物质分别测定十二次,并计算其相对误差(RE)与相对标准偏差(RSD),相对误差在-1.70%3.33%之间,相对标准偏差在1.23%3.02%之间,结果均满足技术规范的要求。

由表5我们可以看出,用ICP-OES法测定全硫与碘量法测定全硫的结果对比,本方法相对标准误差(RD)在-9.38%5.26%之间,而碘量法相对标准误差(RD)在-9.63%29.7%之间,ICP-OES法测定结果相对误差更小,尤其是对于低含量的硫分析,ICP-OES法测定结果更准确。

3.    结论

采用燃烧-碘酸钾吸收-ICP-OES法测定地质样品中的硫,通过一系列的条件优化,本方法的检出限、准确度、精密度均符合地质样品分析技术规范的要求,经本方法前处理的样品性质稳定,可以快速、高效、大批量地分析样品,因此被广泛应用于地质样品中硫的分析测定。

文章来源:[1]张世涛,许刚,宋帅娣,.燃烧-碘酸钾吸收-ICP-OES测定地质样品中的微量硫[J].化学与粘合,2024,46(04):420-423.

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