周俊海 溫世杰（江西南方稀土高技術(shù)有限公司，江西贛州341000）

電感耦合等離子體發(fā)射光譜的新進(jìn)展分析

周俊海 溫世杰（江西南方稀土高技術(shù)有限公司，江西贛州341000）

電感耦合等離子體發(fā)射光譜法（ICP-AES）被廣泛使其廣泛應(yīng)用于地質(zhì)礦產(chǎn)分析測(cè)試中，是目前稀土元素（REES）的主要分析測(cè)試手段，ICP-AES具有動(dòng)態(tài)線性范圍寬、多元素同時(shí)測(cè)定等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)具有優(yōu)越的分析特性。我國(guó)以電感耦合等離子體發(fā)射光譜法為主體建立了一些標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)分析方法，如GB/ T17417.1-17417.2-2010等。本文從測(cè)定稀土在礦石中不同賦存形態(tài)的角度出發(fā)，對(duì)我國(guó)電感耦合等離子體發(fā)射光譜法進(jìn)行了新進(jìn)展分析。

稀土元素；ICP-AES；新進(jìn)展分析

一、稀土元素的分析與鑒定

自然界中的稀土礦石種類很多，其所含的稀土元素也是各不相同的，稀土元素在各個(gè)行業(yè)的廣泛應(yīng)用使得稀土元素的準(zhǔn)確分析一直是分析化學(xué)領(lǐng)域的一個(gè)難點(diǎn)和熱點(diǎn)。一般來(lái)說(shuō)不同的檢測(cè)法對(duì)稀土的準(zhǔn)確分析有一定的影響，對(duì)于較難打開的礦物結(jié)構(gòu)，我們可以運(yùn)用強(qiáng)酸、堿、壓等方式進(jìn)行處理。我國(guó)的稀土礦主要有兩大類分別為南方離子吸咐型中“重稀土礦和北方礦物晶格型輕稀土礦”和北方北方礦物晶格型中“輕稀土礦”。南方離子吸咐型礦通常采用酸溶法處理樣品，而北方礦物晶格型礦主要采用堿熔法。通過(guò)建立數(shù)學(xué)模型，進(jìn)行稀土富渣、稀土混合物、鋁合金等實(shí)際樣品中稀土的定量分析，實(shí)現(xiàn)未經(jīng)分離，ICP-AES直接測(cè)定多種稀土元素，達(dá)到稀土元素的快速、準(zhǔn)確檢測(cè)。

二、ICP-AES的發(fā)展歷程

電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀器主要有三個(gè)部分，分別是發(fā)生器、霧化器以及等離子矩管，其檢測(cè)的原理是通過(guò)高頻電路產(chǎn)生ICP光源，使帶電粒子高速運(yùn)動(dòng)與氣體發(fā)生碰撞，形成了越來(lái)越多的電子和離子并產(chǎn)生熱量，這一過(guò)程像雪崩一樣瞬時(shí)完成，形成了等離子體火焰。等離子體所需的能量則需要通過(guò)上述的禍合作用從高頻發(fā)生器源源不斷地獲得。

早在1980年，我國(guó)就開始了對(duì)ICP-AES的分析和研究，但是僅局限于攝譜法的組裝儀器，在ICP-AES的分析上相比國(guó)外較為落后。只是經(jīng)過(guò)短短十年的發(fā)展，到1990年左右，我國(guó)通過(guò)引進(jìn)高性能ICP儀器，不斷研發(fā)ICP技術(shù)等多重作用下，已經(jīng)成功完成了ICP的研制，并且其分析性能也不輸于國(guó)外。這也標(biāo)志這我國(guó)ICP-AES的分析能力達(dá)到了國(guó)際水平，該項(xiàng)分析技術(shù)也逐漸成為了我國(guó)實(shí)驗(yàn)室的常規(guī)分析手段。電感耦合等離子體發(fā)射光譜的發(fā)展可以說(shuō)是我國(guó)稀土分析技術(shù)的革新表現(xiàn)，對(duì)我國(guó)稀土原色測(cè)量具有重要意義。

三、稀土元素間的光譜干擾

以稀土氧化物不同濃度基體0.1，1，10，100，1000mg/L溶液前提下，對(duì)稀土個(gè)元素波段展開分析工作。實(shí)踐表明，當(dāng)稀土氧化物的濃度增加，元素的干擾值也呈著線性關(guān)系同步增加。根據(jù)某一個(gè)元素的波長(zhǎng)下測(cè)定溶液的譜線強(qiáng)度靈敏度系數(shù)K，進(jìn)行相關(guān)的濃度作圖，通過(guò)圖線求出其中的干擾因子。

通過(guò)電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀來(lái)測(cè)定樣品中稀土元素含量需要按照儀器操作規(guī)程調(diào)整儀器至分析狀態(tài)，編輯分析程序，在選定的元素分析線波長(zhǎng)處，分別測(cè)定空白溶液、標(biāo)準(zhǔn)溶液以及樣品溶液的譜線強(qiáng)度。

四、ICP-AES的新進(jìn)展分析

1.在光源方面的進(jìn)步

數(shù)據(jù)溫度的增加會(huì)使得ICP的電子密度和溫度頻率同時(shí)增加，而Ar的連續(xù)光源卻與溫度的平方成反比，其降低比頻率增加要多得多。ICP-AES的新緊張表現(xiàn)在頻率發(fā)生器穩(wěn)定性的提高，采用了能夠輸出高頻率和功率的固態(tài)發(fā)生器進(jìn)行調(diào)節(jié)，同時(shí)還由計(jì)算機(jī)對(duì)參數(shù)、點(diǎn)火程序進(jìn)行自動(dòng)設(shè)定。該儀器由于采用較為穩(wěn)定的光學(xué)恒溫系統(tǒng)，使得ICP-AES的分析精準(zhǔn)度大大提高。同時(shí)實(shí)驗(yàn)室也會(huì)繪制三點(diǎn)標(biāo)準(zhǔn)曲線來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，大大提高了分析的準(zhǔn)確度和數(shù)據(jù)的可靠性。

2.在檢測(cè)器方面的發(fā)展

近年來(lái)，我國(guó)還發(fā)展了一種適應(yīng)多譜線快速測(cè)定的PMT檢測(cè)器，它能夠?qū)崿F(xiàn)計(jì)算機(jī)的實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，同時(shí)配合快速掃描，自動(dòng)收集樣品的全部光譜信息，但是會(huì)受到光電性能和體積的限值，影響測(cè)量的精準(zhǔn)度。

除了PMT檢測(cè)器之外，CDD檢測(cè)器的使用也較為普及，它上面有很多檢測(cè)單元，從而具有全譜直度功能。為了具有更好的光譜覆蓋，CDD檢測(cè)器一般都具有較大尺寸和較多的集成單元。但在紫光強(qiáng)，CDD檢測(cè)器的響應(yīng)比較低，因此需要先涂上熒光圖層以增強(qiáng)對(duì)紫外光的影響。

光柵光譜儀的改進(jìn)也是檢測(cè)儀器的重大發(fā)展，它能夠有效的降低光譜干擾，通過(guò)儀器對(duì)光信息的抓取和電腦自動(dòng)分析來(lái)實(shí)現(xiàn)元素判別，在化學(xué)成分濃度測(cè)定中有著較好的運(yùn)用。影響光柵光譜儀的色散的主要因素是分開波長(zhǎng)的能力，它與儀器的焦平面改變距離和波長(zhǎng)有關(guān)。當(dāng)下的光柵光譜儀對(duì)焦距與準(zhǔn)直凹面反射鏡的比值要求更加嚴(yán)格，光的通過(guò)率也越來(lái)越高，這也是檢測(cè)儀器進(jìn)步的表現(xiàn)。

3.ICP-AES向全譜直讀儀器發(fā)展

全譜直讀儀器具有優(yōu)于其他儀器的特點(diǎn)，能夠最大限度的讀取光譜信息，也能夠完成光譜干擾以及空間分布的同時(shí)測(cè)量。不僅有利于多譜圖校正，同時(shí)還能夠消除光譜干擾，具有極高的選擇性。在儀器結(jié)構(gòu)上，全譜直讀儀器也有新的變化，能夠大大提高檢測(cè)的靈敏度。因此，選用全譜直讀儀器成為了電感耦合等離子體發(fā)射光譜分析的發(fā)展新方向。

五、結(jié)語(yǔ)

在地質(zhì)樣品分析過(guò)程中，樣品前處理方法的選擇不僅與元素本身化學(xué)性質(zhì)有關(guān)，還要考慮其分析操作的難易程度，并且其直接影響到元素的準(zhǔn)確分析測(cè)定。經(jīng)過(guò)近幾十年的發(fā)展，ICP一AES儀器在靈敏度和穩(wěn)定性及儀器的分析功能等方面已取得很大的提高，其未來(lái)的發(fā)展前景也是一片大好。

［1］黎英，劉鴻，賴劍.電感耦合等離子發(fā)射光譜法測(cè)定稀土精礦中釷量［J］.有色金屬科學(xué)與工程.2010（06）.