ICP-AES法测定钒钛磁铁矿及冶炼渣中痕量钪

D0I:10.13374/j.issn1001-053x.1996.03.020 第18卷第3期 北京科技大学学报 Vol.18 No.3 1996年6月 Journal of University of Science and Technology Beijing Jm1996 ICP一AES法测定钒钛磁铁矿及冶炼渣中痕量钪* 张藏淑李景捷邵光均 北京科技大学化学系，北京100083 摘要系统研究了ICP一AES法的测量条件和基体元素对钪谱线强度的影响.用纪作内标元素， 分析线对为Sc361.384nm/Y361.105nm,建立了钒钛磁铁矿及其冶炼渣中痕量钪的直接分析法， 关键词电感耦合等离子体原子发射光谱，钪，钒钛磁铁矿和渣 中图分类号0657.39 钪一般以伴生的痕量组分共存于其他矿物之中，难以进行分离与测定，对于组成复杂的 钒钛磁铁矿及其冶炼渣中钪的分析常需经碱熔、沉淀和萃取分离与富集后，在适当掩蔽剂存 在下进行测定h习，操作复杂、费时，分析结果可靠性差.ICP-AES法虽灵敏度和选择性 高，但测量条件和基体元素的影响仍不容忽视，尤其钛和镁的干扰较为严重·本文采用了 高色散大型摄谱仪（二级光谱），系统研究了ICP-AES法的测量条件和基体元素对钪谱线 强度的影响，采用内标法，选择适宜的内标元素与分析线对，优化内标法的测量条件，有效 地抑制了基体元素的干扰，建立了不需预分离、直接测定钒钛磁铁矿及其冶炼渣中痕量钪的 快速分析方法· 1实验 (I)仪器及其工作参数 摄谱仪：PGS-2型2m光栅光谱仪，光栅刻线1302条/m,二级光谱，狭缝宽20μm,用 2%盐酸冲洗30s,爆光30s;光源：国产自激式，人射功率2kW,频率(27±0.3)MHz等离子炬 管：ICP-3型，常规石英炬管；雾化器：ICP-D型，玻璃同心雾化器：干板：天津紫外 I型，AB显影液，20℃，3min,中速定影液：测光仪：蔡司Ⅱ型测微光度计，P标. (2)标准储备液 用光谱纯氧化物或金属，以常规方法制成含元素（分别为Sc、Y、Al、Ca,FC.Mg和 Ti)1mg/ml的储备液，Ti为10%硫酸溶液，其他均为5%盐酸溶液.使用前，用5%盐酸 稀释成所需浓度的标准溶液· (3)样品的处理 准确称取0.3g样于聚四氟乙烯杯中，用少量水润湿后，加10~15l盐酸和3l氢氟 酸、低温加热溶解·加3ml硝酸、5ml硫酸(1+1)、5~10滴高氯酸，继续加热溶解，蒸 发至冒高氯酸烟，冷却，用10ml盐酸(1+1)溶解盐类，加Y1004g.用5%盐酸定容于50ml 星瓶中. 1995-07-10收稿 第-作者女45岁工程师 ·冶金部冶金分析重点课题

第 卷 第 期 年 月 北 京 科 技 大 学 学 报 ‘ 一 卫 法测定钒钦磁铁矿及冶炼渣中痕量抗 ’ 张藏淑 李景捷 邵光均 北 京科技 大 学 化学 系 ， 北 京 联】 摘要 系 统研究 了 一 臼 法 的测 量条件和基体元 素对抗谱 线强 度 的影 响 用 忆 作 内标元 素 ， 分析线对为 建立 了钒钦磁铁矿及其冶炼渣 中痕量抗的直接分析法 关键词 电感藕合等离子体原子 发射光谱 ， 抗 ， 钒钦磁铁矿和渣 中图分类号 抗 一 般 以伴生 的痕量组 分共存于 其他矿物之 中 ， 难 以进行分离与测定 对于 组成复杂 的 钒钦 磁铁 矿 及其 冶炼 渣 中抗 的分 析 常需 经碱 熔 、 沉 淀和 萃取分 离与 富集后 ， 在适 当掩蔽 剂存 在 下进 行 测 定 ， 操作复 杂 、 费 时 ， 分 析 结 果 可 靠 性 差 一 法 虽 灵 敏 度 和 选 择性 高 ， 但 测量 条件和 基 体元 素的影 响仍不容 忽视 ， 尤其钦 和镁 的干扰较为严 重 本 文 采 用 了 高色散大型摄谱仪 二级 光谱 ， 系统研 究 了 一 法 的测 量 条件 和 基 体元 素 对抗 谱 线 强 度 的影 响 ， 采 用 内标 法 ， 选 择适宜 的 内标元 素与分 析线对 ， 优化 内标法 的测量条件 ， 有效 地抑 制 了基体元 素的干扰 ， 建立 了不需 预分离 、 直接测定钒钦磁铁矿及其冶炼渣 中痕量 杭的 快速分 析方 法 实验 仪器 及其工 作 参数 摄 谱仪 一 型 光栅光谱仪 ， 光栅刻线 条八犯几 二级光谱 ， 狭缝宽 户， 用 盐酸冲洗 ， 爆光 光源 国产 自激式 ， 人射功率 ， 频率 土 等离了欲巨 管 一 型 ， 常规 石 英炬 管 雾化 器 一 型 ， 玻璃 同心 雾 化 器 干 板 天 津 紫外 型 ， 显影 液 ， ℃ ， 而 ， 中速定影 液 测光 仪 蔡 司 型测 微 光度计 ， 标 标准储备液 用 光谱纯 氧化物或金 属 ， 以 常规方法 制成 含元 素 分 别 为 、 、 、 、 、 和 阿 的储 备液 ， 为 硫 酸溶 液 ， 其 他均 为 盐酸溶液 使 用前 ， 用 盐 酸 稀 释成 所需 浓度 的标准溶液 样 品 的处理 准确称 取 样 于 聚 四 氟 乙 烯 杯 中 ， 用 少 量 水润湿后 ， 加 一 巧 司 盐 酸和 耐 氢氟 酸 ， 低温 加热溶解 加 创 硝酸 、 闹 硫 酸 、 一 滴 高氯酸 ， 继续加 热溶解 ， 蒸 发至 冒高氯酸烟 ， 冷却 ， 用 而 盐 酸 溶 解 盐 类 ， 加 拼 用 盐酸定容于 量瓶 中 卯 一 一 收 稿 第 一 作 者 女 岁 上 程 师 冶金 部冶金 分析重 点课题 DOI ：10．13374／j ．issn1001－053x．1996．03．020

Vol.18 No.3 张裁淑等：ICP-AES法测定钒钛磁铁矿及冶炼渣中痕量钪 291· (4)测量条件 阳极电流（简称阳流）0.70A,载气流量0.61/min,等离子气0.3lmin,冷却气3l/min, 提取率l.2ml/min,观测高度14mm. 2结果与讨论 2.】内标元素与分析线对的选择 在选定的测量条件下，考察了Sc谱线(357.253.357.635.358.094,361.384,363.075和364.279 nm)的强度和干扰情况，确定以灵敏度高又无光谱干扰的361.384nm为分析线.选用性质 及等离子体中行为类似的元素Y为内标元素，并以与Sc的分析线邻近且样品中不出现的 Y361.105nm为内标线，组成分析线对. 2.2测量条件的影响 ()高频功率对谱线强度的影响 固定负载匹配时的阳栅比，调节阳压、改变阳流()，考察高频功率的影响，结果见图1 由图1可见，当负载匹配时，分析元素与内标元素的谱线绝对强度P均随高频功率的增 大明显增加.但当阳栅流超过0.6A后，Sc361.384Y361.105线对的相对△P强度有稳定的最 大值.高频功率的影响得到较好的补偿，阳流选在0.67~0.72A之间为宜，取0.70A. (2)载气流量的影响 由图2可见，Sc与Y的谱线均随载气流量的增大而明显增强.但当流量超过0.51min 后，线对的相对强度出现稳定最大值，使载气流量变化的影响得到补偿、故用内标法·控制 载气流量为0.6lmin. 1-Sc 361.384 nm (0.5 ug/ml) 1.23意义同图1 2-Y361.105nm(2g/ml) 3-Sc361.384nm/Y361.05nm(△P 2 100 100 & 50F 0.500.550.600.650.70 04 05 0.6 L/A L/min 图1高频功率对谱线强度的影响 图2载气流量的影响 (3)冷却气流量的影响 当冷却气流量从12lmin增加到16l/min时，因箍缩作用的加强，炬焰形状由短粗变为细

张藏淑等 一 玉 法 测 定钒钦磁 铁矿及 冶炼渣 中痕量 抗 · 测量 条 件 阳极 电 流 简称 阳流 ， 载气流量 娜 ， 等 离 子 气 画 ， 冷 却 气 娜， 提取 率 画 ， 观 测 高度 结 果 与讨论 内标 元素与分析线对的选择 在选定 的测量条件下 ， 考察了 谱线 ， ， ， ， 和 的强度 和 干扰情 况 ， 确定 以 灵敏度 高又 无 光谱 干扰 的 为分 析 线 选 用 性 质 及等离 子体 中行 为 类 似 的元 素 为 内标 元 素 ， 并 以 与 的 分 析 线邻 近 且 样 品 中不 出现 的 为 内标 线 ， 组成 分析线 对 测量条件 的影 响 高频 功 率 对谱 线强度 的影 响 固定 负载匹 配时的阳栅 比 ， 调节 阳压 、 改变阳流 ， 考察高频功率的影响 ， 结果见图 由图 可 见 ， 当负载 匹 配 时 ， 分 析元 素 与内标元 素 的谱 线绝对强 度 尸 均 随高频功率 的增 大 明显增 加 但 当阳栅 流超过 后 ， 理 线对的相对 △尸 强 度有稳 定 的最 大值 高频功率 的影 响得到较好的补偿 ， 阳流 选在 一 之 间为宜 ， 取 载气 流量 的影 响 由图 可见 ， 与 的谱线均 随 载 气 流 量 的增 大 而 明显 增 强 但 当流量 超过 画 后 ， 线对的相 对强度 出现稳 定最大值 ， 使载气 流量 变 化 的影 响得到 补偿 ， 故用 内标法 控制 载 气流量 为 而 一 心耐 一 咫 一 ， ， 意 义 同 图 气 久 卜 娇 丫 ， · ’ 印 人 图 高频功率对谱线强度的影 响 冷却气流量 的影 响 当冷却气流量 从 画 增加 到 娜 时 ， 图 载气流量的影响 因箍缩作 用 的加强 ， 炬焰形状 由短粗变为细

·292 北京科技大学学报 1996年No.3 长，谱线强度亦随之降低，但分析线对的相对强度不变，选13lmi作为工作条件.等离子 气为0.3lmin,此时的样品提取率为1.2 ml/min (4)观测高度的影响 固定其他条件，观测高度从8mm增加到20mm时，分析线与内标线的强度均有较大变化， 见图3.但观测高度在12~16mm范围内，分析线对的相对强度不受其影响，选14~15mm. 以上优化的内标法测量条件与用L,(3列正交实验的优化结果一致. 2.3介质中酸种类及其浓度的影响 固定优化的测量条件，改变介质中酸的种类与浓度，分别考察了盐酸、高氯酸和硫酸对 分析线强度的影响，结果见图4. Sc361.384m(0.5g/ml) 100 150 HC HC1O, 50L Y36l.105m(24gml) HSO Sc361.384nm/Y36l.105nm(△P) 1 10 8101214161820 0 10 20 H/mm 酸的浓度/% 图3观测高度的影响 图4酸及其浓度的影响 由图4可见，各种酸的浓度增大时，谱线强度随之降低，以硫酸的影响最为严重；盐 酸影响最小，当其浓度不超过15%时，谱线强度有稳定的最大值.故在分析样品时，应尽 量避免引入过多的硫酸，且使标准与试样溶液含有相同的酸类及浓度，以降低其影响， 2.4基体元素的影响 钒钛磁铁矿及其冶炼渣中，大量S在样品分解时已除去，其他基体元素对分析线的绝 对强度(P)和分析线对的相对强度（△P)的影响见表1. 由表1可见，0.05mgml的Mg和1mg/ml的Ti与其他基体元素共存时，使0.54g/mlSc的 分析线的绝对强度分别产生约±20%的误差；但使用内标法后，分析线对相对强度的误 差均不超过10%，可直接用标准溶液绘制工作曲线；当基体元素的浓度超过实验范围时， 可用相应量的基体元素打底，工作曲线具有较宽的应用范围， 2.5工作曲线的绘制 Sc含量为0、10,20、30、40,504g的标准系列中，分别加入100μgY;再加入5ml疏酸(1+1)

· 北 京 科 技 大 学 学 报 年 长 ， 谱线 强 度亦 随之 降低 ， 但分 析线对 的相 对强度 不 变 ， 选 娜 作 为 工 作条件 等 离子 气 为 师 ， 此 时 的样 品提取 率为 耐娜 观 测 高度 的影 响 固定其他条件 ， 观测高度从 增加到 时 ， 分析线 与 内标线的强度均有较大变化 ， 见 图 但观测 高度在 一 范 围 内 ， 分析线对的相对强度不受其影响 ， 选 一 以 上 优 化 的 内标法 测量 条件 与用 战勺正 交 实验 的优 化结果 一致 介质 中酸种类及 其浓度的影响 固定优 化 的测量 条件 ， 改 变介质 中酸 的种类 与浓度 ， 分别考察 了盐 酸 、 高氯酸 和硫 酸 对 分析线强度 的影 响 ， 结果见 图 咫 司 召 了词 的印 卜 气 多 △ － 二 一一七一一 一 一习一 的 ‘ 二 一一山 一一一一上一一一二匕一 酸 的浓度 图 观测 高度的影响 图 酸及其浓度的影响 由图 可 见 ， 各种 酸 的浓度 增大 时 ， 谱线 强 度 随之 降低 ， 以 硫 酸 的 影 响 最 为 严 重 盐 酸影 响最 小 ， 当其浓 度不 超过 巧 时 ， 谱线强度有稳定 的最大值 故在 分析样 品 时 ， 应 尽 量避 免 引人 过 多 的硫 酸 ， 且 使标准 与试样 溶液含有相 同的酸类及浓度 ， 以 降低其影 响 基体元素的影 响 钒 钦磁 铁矿 及其冶炼渣 中 ， 大量 在样 品分 解 时 已 除 去 ， 其他 基 体元 素 对分 析 线 的绝 对强 度 和分 析 线对的相 对强 度 △ 的影 响见表 由表 可 见 ， 阿 的 和 例 的 与其他基体元素共存时 ， 使 而 的 分 析线 的绝 对强 度 分 别 产 生 约 士 的误 差 但 使 用 内标 法 后 ， 分 析 线 对相 对 强 度 的 误 差 均不超 过 ， 可 直 接 用 标 准 溶 液 绘 制 工 作 曲线 当基体元 素的浓度超 过 实验范 围 时 ， 可 用相 应量 的基 体元 素打底 ， 工 作 曲线具有 较 宽 的应 用 范 围 工作 曲线的绘制 含量为 、 、 、 、 、 召 的标准系列中 ， 分别加人 拜 再加入 硫酸

Vol.18 No.3 张藏淑等：ICP一AES法测定钒钛磁铁矿及冶炼渣中痕量钪 .293. 以5%盐酸定容于50ml量瓶中. 表1基体元素的影响(Sc0.5μgml) 浓度 P的相对误差△P的相对误差 浓度 P的相对误差△P的相对误差 元素 元素 mg·ml' % % /mg·ml-' % % 0.16 +2.0 -12 0.05 +19.4 +3.8 0.36 -0.6 0 0.10 +18.9 +7.8 0.54 -7.7 +1.7 0.15 +16.6 +3.8 Ti Mg 0.64 -11.3 -6.4 0.20 +13.7 +7.8 0.80 -11.7 +5.8 1.20 -21.9 -4.1 0.18 -1.1 0 0.04 +2.4 +5.9 0.54 -3.4 +6.9 0.03 +0.6 -6.5 Ca 0.72 -3.4 +6.9 A 0.20 +3.6 -2.4 0.90 -4.5 +6.9 0.24 +3.6 -4.7 1.20 -7.3 -2.8 0.32 +8.4 0 0.60 +0.3 +5.1 0.515 -5.8 0 1.20 -1.0 -2.6 1.03 -6.9 +9.4 Fe 1.50 -4.3 -2.6 2.10 -6.9 +9.4 3.00 -3.0 -2.6 5.17 -27.1 -0.6 *-Ti+A1+Ca+Mg+Fe的含量分别为0.16+0.04+0.25+0.05+0.015、0.32+0.08+0.50+0.10+0.03.0.64+ 0.20+1.0+0.20+0.06、1.6+0.42+2.5+0.5+0.15 在选定的仪器工作参数和优化的测量条件下摄谱，测量分析线对的强度(P),计算相对 强度（△P八，以△P对gC作图，绘制工作曲线，所得曲线与用绝对强度绘制的工作曲线 平行且向下移动，但前者的实验点比后者吻合得好.测定范围Sc含量为0.05~1.54gl, 从显线浓度估计检出限不超过10ng/ml. 2.6样品分析 按实验部分的样品分解方法，定容后与工作曲线相同条件下摄谱，测量分析线对的相对 强度.从内标法的工作曲线上查得样品中钪的含量，结果见表2.由表2可见，分析结果满意， 表2样品分析结果(n=12) 样品 参考值/% 测得值/% 相对标准偏差/% 加标回收率/% 钒钛磁铁矿（原矿） 0.0054 0.00533 3.6 98-99 BH1015标准样品（钒钛高炉渣） 0.00385 0.00376 5.6 98-101 *中子活化法测得值

张藏淑等 〔 一 法 测 定钒钦磁铁矿及 冶炼渣 中痕量 抗 以 盐 酸 定容 于 耐 量 瓶 中 表 基体元素的影响 肪 料留而 浓度 尸 的相 对误差 △尸的相对误差 元 素 浓度 的相对误差 △ 的相对误差 元 素 叱 · 一 ’ 八飞 · 耐 一 ‘ 一 名 一 石 义 一 石 名 加 刀 名 住必 一 一 以 沸 乡 一 名 脂 一 一 一 月 住加 一 】 一 石 一 刀 住另 一 〔 妞 一 乃 一 名 如 一 一 月 一 一 团 一 月 一 一 一 一 石 印 一 一 田 一 一 石 一 的含量 分别 为 以 、 刃 、 麟 、 石 在 选定 的仪器工 作参数 和优 化 的测量 条件下摄谱 ， 测量分 析 线对 的强度 ， 计算相对 强 度 △ 一 ， 以 △尸 对 作 图 ， 绘制工作 曲线 所得 曲线 与 用 绝 对强 度 绘 制 的 工 作 曲 线 平行且 向下 移动 ， 但前 者 的实验点 比后 者 吻 合 得 好 测 定 范 围 含 量 为 一 阿 ， 从显 线浓 度估计 检 出限不 超过 问 样 品分析 按 实验部 分 的样 品分解 方法 ， 定容后 与工 作 曲线相 同条件下 摄谱 ， 测量分析线对的相 对 强度 从 内标法 的工作 曲线上查得样 品中抗的含量 ， 结果 见表 由表 可 见 ， 分析结果满意 表 样品分析结果 丈‘ 自 ︺今、 ︸、 样 品 钒铁磁铁矿 原矿 巧 标准样 品 钒钦高炉渣 参考值 ’ 测 得值 相 对标准偏差 田 印 的 田 加标 回 收率 一 卯 中子 活化法测得值

·294· 北京科技大学学报 1996年No.3 3结论 采用ICP-AES内标法，选择钇为内标元素，以Sc361.384nm/Y361.105nm为分析线对， 用相对强度的比较法，大大改善了测量条件的影响，提高了抗基体干扰的能力，对组成复 杂、基体干扰较严重的钒钛磁铁矿及其治炼渣中痕量钪的分析，不需预分离富集，将样品用 酸溶解后可直接进行测定.所拟方法简便、快速，具有较高的准确度（回收率达98%~ 101%),较好的精确度（相对标准偏差不超过10%），较宽Sc的测定范围(0.05~ 1.5μg/l),对实际样品的分析结果满意. 参考文献 1张进才，钒铁磁铁矿及其冶金产物中微量钪的分离，示波极谱法测定.冶金分析，1990,104：25~28 2张进才、孙明星，分光光度法测定钒钛磁铁矿中痕量钪.冶金分析，991,11（⑤：53~55 3黄志荣，陈新坤等，ICP-AES在高纯稀土氧化物分析中应用的研究V一稀土杂质元素CP摄谱法 检出限研究.光谱学与光谱分析，1990.103)：26~31 Determination of Trace Scandium in Sefstromite and Slags by ICP-AES Zhang Cangshu Li Jingjie Shao Guangdi Department of Chemistry,USTB,Beijing 100083,PRC ABSTRACT The influences of ICP-AES measure conditions and the matrix effect on intensity of spectral line of scandium are systematically studied.Yttrium is employed as an internal standard element and the analytical line pair (Sc 361.384/Y361.105 nm)is chosen.Thereby the analytical method is developed for direct determination of trace scandium in sefstromite and slags by ICP-AES. KEY WORDS ICP-AES,scandium,sefstromite and slags

北 京 科 技 大 学 学 报 年 结论 采用 一 内标法 ， 选择忆为 内标元 素 ， 以 乍 为分 析线 对 ， 用相 对强 度 的 比较 法 ， 大 大改 善了测量 条 件 的 影 响 ， 提 高 了抗 基 体 干 扰 的能 力 对组 成 复 杂 、 基 体 干扰较严重 的钒钦磁铁矿及其冶炼渣 中痕量 抗 的分析 ， 不需 预分离 富集 ， 将样 品用 酸溶解 后 可 直 接 进 行 测 定 所 拟 方 法 简便 、 快 速 ， 具 有 较 高 的 准 确 度 回 收率达 一 ， 较 好 的 精 确 度 相 对 标 准 偏 差 不 超 过 ， 较 宽 的 测 定 范 围 一 问 ， 对实 际样 品 的分析结果 满意 参 考 文 献 张进才 钒铁磁铁矿 及其冶金产物 中微量 杭的分离 ， 示 波极谱法测定 冶金分析 ， 从〕 ， 侧 一 张进 才 ， 孙 明星 分光光度法测定钒钦磁铁矿 中痕量抗 冶金分析 ， 卯 ， 分 一 黄志荣 ， 陈新坤等 〔 护 一 邱 在 高纯稀 土氧化物分析 中应用 的研究 一 稀 土 杂 质元 素 护 摄 谱 法 检 出限研究 光谱学 与光谱分析 ， 叭〕 ， 仪 二 一 块 而 一 亩 州 ， ， ， 一 一 一 ，