原子吸收光谱法测定矿石中Ａｕ的分析技术及最优化模型研究

摘要：矿石中Ａｕ通常以颗粒金或者晶格金的形式存在，在不同类型的金矿石中赋存状态不同，其特殊的延展性引起的颗粒效应对于Ａｕ样品的分析技术带来挑战，并且其制备流程要素繁多且不易控制，直接影响Ａｕ分析的准确性和稳定性。以矿石中金元素为研究对象，建立泡塑吸附－原子吸收光谱法测定矿石中Ａｕ的分析方法，针对样品测试流程中的关键要素进行定性判断和定量计算，提出基于灰色关联度－响应曲面法的最优化模型。讨论样品分析技术中焙烧、消解、富集和解脱等重要环节，确定焙烧方式、消解酸度、富集时间和硫脲浓度为优化要素，设计正交试验并进行相关性分析，计算灰色关联系数并进行极差确定，定性判断各优化要素的显著性。中心组合设计结合响应曲面法原理制作显著水平表，建立二次多项式回归方程的预测模型并进行显著性分析，绘制三维响应曲面图和二维等高线图对实验数据进行拟合分析，确定最优化模型参数焙烧方式、消解酸度、富集时间和硫脲浓度分别为阶梯式分段焙烧、10.58％、40.00ｍｉｎ、11.65ｇ·Ｌ－1。实验结果表明，在最优化模型条件下对金矿石国家一级标准物质进行制备测试，其方法检出限为0.021，测定下限为0.077，加标回收率为91.6％～104.5％，其正确度和精密度均符合ＧＢ／Ｔ　20899.2—2019质量控制要求；同时对陕西西秦岭地区和甘肃梅川地区外检样品进行方法验证比对，其相对偏差不超过10％且评价结果均为优秀，表明该检测优化模型方法在实际样品中的应用依然准确可靠，具备正确性和科学性。该研究对于地质矿产实验室快速、准确、简便分析Ａｕ元素提出新方法，为检验检测领域中优化多目标参数组合的课题提供了新的思路，同时为新一轮战略找矿行动的准确测试贡献力量。

金作为战略性矿产资源，不仅作为货币储备具有经济功能，其良好的化学稳定性、物理机械性、抗腐蚀性在工业催化、军工、电子元器件、生物医学等领域被广泛应用，已被我国列入关键矿产目录。然而金元素在自然界中含量极低且分布不均，通常以单质的形式出现于岩石矿物中的金粒、地下矿脉及冲积层中，其特殊的延展性给样品中Ａｕ的分析检测带来不稳定因素，而且样品测试流程步骤冗长且不易控制，如何快速高效地富集、准确便捷地检测Ａｕ成为地质实验室分析检测的重要挑战。

矿石中金的测试方法包括火试金法、碘滴定法和氢醌容量法等经典方法、活性炭富集和泡沫塑料富集等现代仪器光谱法。火试金法操作复杂，作业成本高且时间较长，无法满足实验室大量生产需要。滴定法和容量法在操作时极易对测试结果造成影响，对人员能力要求过高；操作中使用到有毒有害试剂，安全性无法得到保障且容易造成环境污染。活性炭富集法中的富集载体在市面上的质量参差不齐，对测试的稳定性带来不确定风险；制作吸附柱时容易造成损失。因而建立泡沫塑料富集－原子吸收光谱法测定矿石中Ａｕ的含量，能够有效地避免作业成本高、安全系数高、人员要求高和环境污染等问题，同时提升测试结果的稳定性和准确性。

灰色关联分析能够有效反映系统内各因素的特征数据和关联程度，利用试验数据和灰色关联理论进行相关性分析，利用数学计算方法建立质量指标和各因素的灰色关联度，寻找影响系统的最显著因素，将多因素条件科学地优化为单因素条件，定性判断各因素的显著特性。史永鹏等利用灰色关联理论在连杆衬套系统内利用正交试验对进给比、减薄率、首轮压下量等参数进行显著性分析，完成对成形精度目标的优化目的，保证了质量又提高了生产效率；王月等在ＧＮＳＳ系统内通过纵向灰色关联度计算得到各因素的灰色关联度序列，明确最佳方案，再计算横向灰色关联度得到与最佳方案匹配的性能指标，凸显了多个方案间的显著关系，提升了系统评价的效率。

响应曲面法是一种基于数学函数、数理统计和试验数据的方法，在各因素响应值的基础上进行试验预测，通过多项式回归拟合绘制等高线和响应曲面并定量确定实验最佳条件参数组合，解决传统优化问题中孤立数据点分析无法成图的缺憾。资丹等基于响应曲面模型以吸水喇叭管的悬空高、后壁距和淹没深度为设计因素，以进水池压力场、速度场和涡量场的加权函数为目标函数设计试验方案，建立响应预测模型与试验结果吻合较好，优化了泵站进水流场的流态。邢奕等研究了ＣａＯ、ＰＡＦＣ的联合表面活性剂预处理流程，以污泥滤饼含水率和毛细吸水时间为评价指标建立Ｂｏｘ－Ｂｅｈｎｋｅｎ试验，得到联合调理最佳工艺参数。

以上灰色关联度和响应曲面法的研究分别在工业设计、生态环境、优化计算和可靠性分析等领域都有显著特点，然而二者相结合应用于地质矿产样品的分析测试中鲜有报道。基于以上研究事实和基础，针对矿石中Ａｕ分析的富集方法和测试条件，建立泡沫塑料富集－原子吸收光谱法测定矿石中的Ａｕ，讨论样品分析技术中焙烧、消解、富集和解脱等重要环节，确定焙烧方式、消解酸度、富集时间和硫脲浓度为优化要素，提出基于灰色关联度－响应曲面法的最优化模型。利用灰色关联度算法分析原子吸收光谱法测定金矿石中Ａｕ预处理要素的权重关系，结合响应曲面法研究焙烧方式、消解酸度、富集时间和硫脲浓度因素之间的关系，建立二次多项式回归方程的预测模型进行显著性分析，定量确定最优化模型下的参数，为地质矿产实验室准确、稳定测试Ａｕ量提供科学的指导，为检验检测领域中优化目标参数的课题提供了新的思路，同时为新一轮战略找矿行动的准确测试贡献力量。

1　实验部分

1.1　仪器及工作参数

原子吸收光谱仪。工作参数有测定信号：ＢＫＧ校正。信号计算：积分；设定方法：自动；测定波长：242.8ｎｍ；狭缝宽度：1.3ｎｍ；时间常数：1.0ｓ；灯电流：7.5ｍＡ；原子化装置：标准燃烧器；火焰种类：Ａｉｒ－Ｃ2Ｈ2；燃气流量：1.8Ｌ·ｍｉｎ－1；助燃气压力：160ｋＰａ；助燃气流量：15.0Ｌ·ｍｉｎ－1；燃烧器高度：7.5ｍｍ；数据采集时间：3.0ｓ；计算方法：标准曲线法；次数：1次。

空心阴极灯（Ａｕ）；电子台秤（精度0.01ｇ）；超纯水一体机（水电阻率18.25ＭΩ·ｃｍ）；智能电热板（400℃），箱式实验电炉（1　200℃）。

1.2　试剂与材料

盐酸（1.19ｇ·ｍＬ－1）和硝酸（1.42ｇ·ｍＬ－1）均为电子级纯；硫脲和三氯化铁，均为分析纯。

市售厚度为1ｃｍ的聚氨酯泡沫塑料。

国家一级标准物质ＧＢＷ（Ｅ）070012ａ，ＧＢＷ07808ｂ，ＧＢＷ07809ａ，ＧＢＷ07297ａ，ＧＢＷ07807ａ，ＧＢＷ07300ａ和ＧＢＷ07809ｂ；单元素金标准溶液（1000μｇ·ｍＬ－1，ＧＳＢ04－1715—2004）。

1.3　方法

准确称取20.00ｇ样品置于瓷坩埚中，依次放入箱式实验电炉中焙烧，按照分段焙烧的方式：0～450℃升温60ｍｉｎ，打开炉门进入氧气保持60ｍｉｎ，再450～680℃升温并保持90ｍｉｎ。焙烧完成后自然冷却至室温，按照顺序取出样品转移至锥形瓶中，缓慢加入100ｍＬ王水（50％），摇匀后放置于智能电热板，采取逐渐升温的方式保持样品微沸60ｍｉｎ以上，待瓶内剩余液体10ｍＬ左右时取下并加水至100ｍＬ刻度线。自然冷却后放入富集泡沫塑料，在往复式振荡器中振荡30ｍｉｎ，然后倒出泡塑冲洗干净，按顺序放入20ｍＬ的解脱硫脲液（11.65ｇ·Ｌ－1）中，在沸水中解脱30ｍｉｎ，迅速从比色管中挤干净泡塑，冷却液体待测。

结论

（1）建立泡沫塑料富集－原子吸收光谱法测定矿石中Ａｕ的方法，分析并讨论样品分析技术中焙烧、消解、富集和解脱等重要环节；

（2）提出基于灰色关联度－响应曲面分析方法最优化模型，利用定性判断和定量计算结合的方式计算各要素权重关系，确定最优化模型条件下焙烧方式、消解酸度、富集时间和硫脲浓度分别为阶梯式分段焙烧、10.58％、40.00ｍｉｎ、11.65ｇ·Ｌ－1；

（3）测定标准曲线计算检出限和测定下限验证该方法模型的正确性，利用加标回收试验计算回收率验证该方法模型的稳定性，选择外部实验室比对的方式进一步验证该方法模型在实际样品测试中的科学性和可靠性。

文章来源：[1]王鹏,门倩妮,甘黎明,等.原子吸收光谱法测定矿石中Au的分析技术及最优化模型研究[J].光谱学与光谱分析,2025,45(02):426-433.