微波消解-电感耦合等离子体质谱法测定赤泥中稀土总量及分量

针对赤泥内有价稀土元素,建立了一种微波消解溶样-电感耦合等离子体质谱法测定稀土元素总量及分量的方法,并对河南某铝厂赤泥样品内稀土元素进行了测定。通过选择合适的同位素、控制基体质量浓度和选择~(185)Re为内标元素,避免了元素测定中的质谱干扰和非质谱干扰。实验结果表明,在选定条件下0～100 ng/mL稀土元素的质量浓度与其质谱强度呈良好的线性关系,校准曲线线性相关系数为0.9991～0.9999,方法的检出限为0.0001 ng/mL～0.0074 ng/mL。将该方法应用于河南某铝厂产生的赤泥样品内稀土元素总量及分量的测定,7次平行测定结果的相对标准偏差在1.5%～4.7%之间,测定结果的加标回收率在96.2%～107%之间,在国家地质矿产行业标准DZ/T0130-2006第3部分规定的回收率允许限范围内。该方法实现了赤泥内10×10~(-9)～0.1%含量范围内稀土元素的准确测定。     

氮,氮,氮′,氮′-四辛基-3-氧戊二酰胺色谱柱分离-电感耦合等离子体质谱法测定混合稀土氧化物中重稀土

电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)测定稀土元素时,轻稀土元素Ce、Nd、Sm的氧化物等复合离子严重干扰重稀土元素Tb、Dy、Ho、Er的测定,因此对混合稀土中重稀土元素进行测定前一般需要先对其分离富集。实验在样品溶解后,将N,N,N′,N′-四辛基-3-氧戊二酰胺(TODGA)用硅藻土吸附后装柱,以0.1 mol/L HNO₃为样品溶液介质上柱,通过控制洗脱液的种类、酸度以及洗脱液流速,实现了轻稀土元素La、Ce、Pr、Nd与重稀土元素Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu的分离和富集,建立了ICP-MS测定混合稀土氧化物中重稀土元素的方法。实验表明:控制洗脱流速为2.0 mL/min,用pH 2.0的HNO₃淋洗至淋洗体积约为500 mL,继续收集洗脱液,并用ICP-MS检测其中Nd₂O₃含量,直至洗脱液中Nd₂O₃的质量浓度小于200 ng/mL,可将轻稀土元素La、Ce、Pr、Nd及少量Y、Sm、Gd洗脱;再改用350 mL 1 mol/L HCl洗脱重稀土元素,可实现重稀土元素与La、Ce、Pr、Nd及部分Y、Sm、Gd的分离;通过选择¹⁵⁹Tb、¹⁶³Dy、¹⁶⁵Ho、¹⁶⁷Er、¹⁶⁹Tm、¹⁷²Yb、¹⁷⁵Lu为测定同位素可消除质谱干扰。将实验方法应用于混合稀土氧化物中重稀土元素的测定,加标回收率在93%～110%之间,相对标准偏差(RSD,n=8)在1.1%～10%之间。     

电感耦合等离子体串联质谱法测定高温合金中痕量砷

高温合金中Co含量较高,采用电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)测定高温合金中As时,⁵⁹Co¹⁶O⁺会严重干扰As的分析,这一直是ICP-MS测定高温合金中痕量As的研究难点。在串联四极杆(MS/MS)模式下向碰撞/反应池内通入O₂,设置一级质量过滤器(Q1)m/z=75,⁷⁵As⁺可以与O₂反应生成⁷⁵As¹⁶O⁺,而干扰离子不能与O₂发生反应,将二级质量过滤器(Q2)设置为m/z=91,仅⁷⁵As¹⁶O⁺通过并被检测器检测,从而避免了⁵⁹Co¹⁶O⁺的质谱干扰。据此,建立了电感耦合等离子体串联质谱法(ICP-MS/MS)测定高温合金中痕量As的方法。采用As质量浓度为1.000 ng/mL、Co质量浓度为1.000~1 000 μg/mL的系列标准溶液考察了单四极杆和MS/MS两种模式下Co对As测定的质谱干扰。结果表明,在MS/MS模式下,As的回收率均在100%左右,这说明在MS/MS质量转移模式下,采用O₂为反应气,通过两次质量选择,可以成功消除Co基体带来的严重干扰。对O₂流速进行了优化,选择O₂流速为0.375 mL/min。方法线性范围为1.00~100 ng/mL,线性相关系数为1.000 0,检出限为0.006 7 μg/g,定量限为0.023 μg/g。选择纯钴标准样品为测定对象,按照实验方法对其中As进行测定,并进行加标回收试验,回收率在96%~102%之间。采用所建立的方法对镍基高温合金标准物质和高温合金样品中As进行测定,测定结果分别与认定值或原子荧光光谱法测定值基本一致,实际样品测定结果的相对标准偏差(RSD,n=6)为1.6%～2.8%。     

电感耦合等离子体质谱法测定地球化学样品中铌钽钨锡

采用HCl-HNO₃-HF-HClO₄溶解地球化学样品,以50 mg/L酒石酸-1% HCl为测定介质克服了铌、钽、钨、锡易水解的特性,选择⁹³Nb、¹⁸¹Ta、¹⁸²W、¹¹⁸Sn为分析同位素及50 ng/mL¹⁸⁵Re为内标,建立了电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)同时测定地球化学样品中微量铌、钽、钨、锡的新方法。在选定的实验条件下,铌、钽、钨、锡质谱强度与其质量浓度在0.01～100 ng/mL范围内呈良好的线性关系,相关系数在0.999 6～0.999 8之间,方法检出限为0.003～0.090 ng/g,定量限为0.010～0.300 ng/g。将实验方法应用于岩石、土壤、水系沉积物标准物质中铌、钽、钨、锡的测定,测定值与认定值基本一致,相对标准偏差(RSD,n=9)分别在1.8%~4.9%、2.4%~5.3%、2.0%~5.3%、1.7%~4.9%之间。按照实验方法对岩石、水系沉积物、土壤实际样品中铌、钽、钨、锡进行测定,相对标准偏差分别在2.1%~4.1%、2.3%~4.0%、2.4%~4.2%、1.6%~4.3%之间。     

封闭溶矿-电感耦合等离子体质谱法测定地质样品中金银铂钯

通过高压密闭溶解样品,建立了一次溶解样品后直接用电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)对地质样品中Au、Ag、Pt、Pd进行测定的方法。实验表明,于200 mL的高压密闭溶样罐中加入10.00 g样品后,通过加入30 mL HCl、5.0 mL H₂O₂、2.0 g KClO₃,及在160 ℃的恒温数显鼓风干燥箱中保温6 h,可将地质样品溶解完全;将样品消解液用由活性炭、改性活性炭、717阴离子交换树脂组合而成的新型组合富集剂分离富集及通过选择合适的测定同位素或数学校正方法消除质谱干扰后,可实现ICP-MS对地质样品中Au、Ag、Pt、Pd的测定;Au、Ag、Pt、Pd的校准曲线相关系数均不小于0.999 5,方法检出限分别为Au 0.097 ng/g、Pt 0.14 ng/g、Pd 0.17 ng/g、Ag 0.082 ng/g。将实验方法应用于铂族元素地球化学一级标准物质中Au、Ag、Pt、Pd的测定,结果与认定值相符,12次测定的相对标准偏差(RSD)不大于14.2%,将实验方法应用于地球化学一级标准物质和实际样品中Au、Ag、Pt、Pd的测定,回收率为92%～110%     

电感耦合等离子体质谱法测定白云鄂博矿石中15种稀土元素总量及其分量

白云鄂博矿物为典型的晶格型矿物,含有铌、锆、钛等难溶金属的矿物,常规酸溶法处理难以将其溶解完全。采用氢氧化钠和过氧化钠碱熔融分解白云鄂博矿石样品,热水浸取,碱分离后,用盐酸和过氧化氢破坏滤纸和溶解沉淀,以1%盐酸为测定介质,通过控制基体质量浓度不大于0.5 g/L和采用Cs内标进行校正以消除基体效应,建立了电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)测定白云鄂博矿石中包括镧、铈、镨、钕、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥、钇在内的15种稀土元素含量及其总量的方法。实验表明,各稀土元素在质量浓度为5.00~100.0 ng/mL(以氧化物计,下同)范围内和稀土元素与内标元素的强度比呈良好的线性关系,相关系数均不小于0.999 6。方法检出限为0.010~0.034 ng/mL,定量限为0.030~0.10 ng/mL。按照实验方法对白云鄂博矿石样品中稀土元素总量及其分量进行测定,测定结果与电感耦合等离子体原子发射光谱法或X射线荧光光谱法基本一致;相对标准偏差(RSD,n=6)在1.0%~4.9%之间,加标回收率在95%~105%之间。将实验方法应用于稀土矿石成分分析标准物质中稀土元素总量及其分量的测定,结果与认定值基本一致。     

电感耦合等离子体质谱法测定烟道灰中铟

电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)测定了烟道灰中In时,多原子分子离子和同量异位素¹¹⁵Sn的干扰不可忽略。采用HCl、HNO₃、HF和HClO₄溶解烟道灰样品,选择¹¹⁵In为被测同位素,100ng/mL¹⁸⁵Re作为内标,以动能歧视碰撞池(KED)消除多原子分子离子干扰,以数学校正方程消除同量异位素¹¹⁵Sn的干扰,实现了电感耦合等离子体质谱法对烟道灰中In的测定。详细考察了¹¹⁵Sn对¹¹⁵In测定的干扰,结果表明,¹¹⁵Sn对¹¹⁵In的干扰量与Sn的含量呈线性相关,因此得到了对¹¹⁵Sn干扰进行校正的数学校正方程。在测定中,考虑到样品溶液中Sn的含量较高,一般超出了ICP-MS的测定范围,故选择以ICP-AES对Sn进行测定,再采用数学校正方程对其干扰进行校正。分别在标准模式和KED模式下对烟道灰样品中In进行了测定,结果表明,KED模式下In的测定结果与对照值(乙酸丁酯萃取-原子吸收光谱法测定值)基本一致,而标准模式下的测定结果相对偏高;同时试验表明,KED模式下In的背景等效浓度和方法检出限约比标准模式低一个数量级。因此实验选用KED模式进行测定并对其条件进行了优化,最终确定碰撞气流量为4.90mL/min。在选定的实验条件下,In质谱强度与其质量浓度在5~100ng/mL范围内呈良好的线性关系,校准曲线相关系数为0.9994,方法检出限为0.0046ng/mL。将实验方法应用于实际烟道灰样品中In的测定,所得结果的相对标准偏差(RSD,n=6)为0.20%~1.3%,加标回收率为98%~102%。     

电感耦合等离子体质谱法测定白云鄂博矿石中15种稀土元素总量及其分量

白云鄂博矿物为典型的晶格型矿物,含有铌、锆、钛等难溶金属的矿物,常规酸溶法处理难以将其溶解完全。采用氢氧化钠和过氧化钠碱熔融分解白云鄂博矿石样品,热水浸取,碱分离后,用盐酸和过氧化氢破坏滤纸和溶解沉淀,以1%盐酸为测定介质,通过控制基体质量浓度不大于0.5 g/L和采用Cs内标进行校正以消除基体效应,建立了电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)测定白云鄂博矿石中包括镧、铈、镨、钕、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥、钇在内的15种稀土元素含量及其总量的方法。实验表明,各稀土元素在质量浓度为5.00~100.0 ng/mL(以氧化物计,下同)范围内和稀土元素与内标元素的强度比呈良好的线性关系,相关系数均不小于0.999 6。方法检出限为0.010~0.034 ng/mL,定量限为0.030~0.10 ng/mL。按照实验方法对白云鄂博矿石样品中稀土元素总量及其分量进行测定,测定结果与电感耦合等离子体原子发射光谱法或X射线荧光光谱法基本一致;相对标准偏差(RSD,n=6)在1.0%~4.9%之间,加标回收率在95%~105%之间。将实验方法应用于稀土矿石成分分析标准物质中稀土元素总量及其分量的测定,结果与认定值基本一致。     

电感耦合等离子体质谱法测定铀铌铅矿重选流程样品中铀

采用HCl、HNO_3、HF和HClO_4溶解铀铌铅矿,以电感耦合等离子体质谱法(ICPMS)测定了铀铌铅矿重选流程样品(原矿、精矿、中矿和尾矿)中铀(U)。通过选择合适的同位素238 U避免了质谱干扰,通过稀释基体质量浓度不大于0.30mg/mL和选择45ng/mL185 Re为内标相结合的方法消除了非质谱干扰。实验表明,在选定的实验条件下,U质谱强度与ρ(U)在5~60ng/mL范围内呈良好的线性关系,校准曲线相关系数r为0.999 2,方法检出限为0.000 4ng/mL。将实验方法应用于铀铌铅矿重选流程中的原矿、精矿、中矿和尾矿实际样品中U的测定,所得结果的相对标准偏差(RSD,n=6)为0.80%~3.9%,加标回收率为102%~106%。采用实验方法对铀铌铅矿重选流程样品(原矿、精矿、中矿和尾矿)中任意3个流程样品中的U含量进行测定,将其测定值代入质量守恒定律计算得到第4个流程样品中U含量的计算值,由实验方法对第4个流程样品中U含量的测定值与其计算值相比可计算得到第4个流程样品中U的回算率,实验表明,U的回算率为98%~106%。     

电感耦合等离子体质谱法测定离子型稀土矿中离子相稀土总量及分量

采用硫酸铵溶液提取离子型稀土原矿试样中离子相稀土,以硫酸铵溶液为基体配制校准系列溶液,建立了电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)测定样品溶液中离子相稀土总量及分量的方法。实验表明:对于10.00 g离子型稀土矿试样,加入100 mL 50 g/L硫酸铵溶液振荡15 min后放置30 min可有效提取出离子相稀土;采用5.0 g/L硫酸铵溶液进行校准系列溶液的基体匹配,选择¹⁰³Rh-¹⁸⁵Re双内标可有效校正硫酸铵的基体效应及仪器信号的漂移影响;选择合适的同位素消除了可能存在的质谱干扰。在最佳条件下进行测定,15个稀土元素的校准曲线在10.0~100.0 μg/L范围内线性相关系数均大于0.999 91,方法检出限在0.10~0.66 μg/g之间。方法应用于不同离子型稀土矿区中离子相稀土总量及分量的测定,结果与电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)一致,相对标准偏差(RSD,n=11)在1.0%~5.2%之间,回收率在98%~104%之间。     

电感耦合等离子体质谱法测定镍基单晶高温合金中痕量稀土元素

镍基单晶高温合金中稀土元素的含量会对其热学性能和稳定性能产生重要影响,因此需要对其中稀土元素进行准确监控和严格测定。采用3 mL盐硝混酸(盐酸与硝酸体积比为5∶1)-1.5 mL过氧化氢溶解镍基单晶高温合金样品,以Sr为内标对Sc进行校正,以Rh为内标对La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Y进行校正,用基体匹配法绘制校准曲线克服基体效应,以氦气作为碰撞气采用碰撞池反应模式消除轻质稀土元素所形成氧化物、氢氧化物离子对重质稀土元素¹⁵³Eu、¹⁵⁷Gd、¹³⁶Dy、¹⁶⁶Er的干扰,实现了电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)对镍基单晶高温合金中痕量稀土元素的测定。在优化的实验条件下,校准曲线线性相关系数均达到了0.999以上,线性范围为4~100 ng/mL,方法检出限为0.013~0.027 μg/g,定量限为0.04~0.09 μg/g。将实验方法应用于镍基单晶高温合金实际样品中稀土元素的测定并进行加标回收试验,测定结果的相对标准偏差(RSD,n=7)不大于5.6%,回收率为94%~106%。     

电感耦合等离子体质谱法测定稀土系贮氢合金中镉和铅

采用硝酸低温溶解试样,以2%(V/V)硝酸为测定介质,建立了电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)测定稀土系贮氢合金中镉和铅的方法。以~(111) Cd和~(208)Pb作为测定同位素,消除了同量异位素和多原子离子的质谱干扰;以10.0ng/mL的~(133) Cs为内标校正了基体效应和仪器信号漂移。镉和铅元素的校准曲线相关系数均大于0.999 8,线性关系良好,方法检出限分别为0.03ng/mL和0.04ng/mL,方法测定下限分别为0.10ng/mL和0.13ng/mL。采用在稀土系贮氢合金试样中加入镉和铅标准溶液的方法配制稀土系贮氢合金合成试样,按实验方法进行处理并测定,测得结果与电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)测定结果基本一致。采用实验方法对稀土系贮氢合金中铅进行测定,相对标准偏差(n=11)为4.2%,镉和铅的加标回收率分别为96%~104%和95%~102%。     

电感耦合等离子体质谱法测定锆钛矿中16种稀土元素分量及其总量

锆钛矿中存在耐高温且硬度高的锆和钛,常规酸溶法难以将其完全分解,碱熔法处理样品时样品易粘埚。采用碳酸钠-硼酸熔融样品,以50 ng/mL¹⁸⁵Re为内标,动能歧视碰撞池(KED)模式和干扰系数校正法克服了轻稀土元素氧化物或氢氧化物对重稀土元素的干扰,建立了电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)测定锆钛矿中16种稀土元素(钪、钇、镧、铈、镨、钕、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥)分量及其总量的分析方法。对比了盐酸-硝酸-氢氟酸-高氯酸敞开酸溶、硝酸-氢氟酸密闭酸溶、氢氟酸微波消解、过氧化钠-氢氧化钠熔融、硼砂熔融和碳酸钠-硼酸熔融6种分解方法,结果表明,碳酸钠-硼酸熔剂对样品分解的效果最佳。采用样品稀释法控制基体质量浓度为0.20 mg/mL和内标元素校正法降低基体效应。实验表明:各稀土元素的校准曲线线性相关系数在0.999 1~1.000 0之间,方法检出限为0.000 1~0.008 4 μg/g,定量限为0.000 5~0.042 0 μg/g。采用实验方法测定与锆钛矿成分类似的锆矿石标准样品中16种稀土元素分量及总量,结果与认定值基本一致。将实验方法应用于锆钛矿实际样品的测定,测定结果的相对标准偏差(RSD, n=8)为1.2%~4.0%,加标回收率为94%~110%,符合国家地质矿产行业标准DZ/T 0130—2006第3部分规定的加标回收率允许限90%~110%的范围。     

溶样方法对电感耦合等离子体质谱法测定岩石和土壤中稀土元素的影响

基于电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)测定稀土元素的优势,在优化仪器工作参数的基础上,探究了敞口混合四酸法(HNO₃-HCl-HF-HClO₄)、敞口混合五酸法(HNO₃-HCl-HF-HClO₄-H₂SO₄)和高压密闭法(HNO₃-HCl-HF)3种溶样方法对ICP-MS测定岩石和土壤中稀土元素的影响。结果表明:敞口混合四酸法因样品消解不完全不适宜用于ICP-MS测定岩石和土壤中稀土元素;敞口混合五酸法和高压密闭法均可以实现ICP-MS对岩石和土壤中稀土元素的测定;敞口混合五酸法结合ICP-MS测定稀土元素的方法检出限为0.001~0.035μg/g,相对标准偏差为1.4%~6.4%,相对误差在±9%范围内,加标回收率为92%~110%;高压密闭溶样法的检出限为0.001~0.009μg/g,相对标准偏差为1.0%~9.2%,相对误差在±4%范围内,加标回收率为93%~107%。敞口混合五酸法具有处理流程短的优点,适用于大批量样品处理;高压密闭溶样法具有检出限低,测试精度高及用酸量少等特点,但处理流程长不适用于大批量样品处理。     

碱熔-电感耦合等离子体质谱法测定钨矿石和钼矿石中稀土元素

钨矿石和钼矿石具有难熔的特征,常需要用碱熔法才能将其溶解完全,但若用碱熔法对样品进行前处理,样品溶液会因加入大量熔剂引入钠离子从而导致盐度过高进而造成基体干扰及锥孔堵塞,不利于电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)对其中痕量稀土元素进行测定。针对这一问题,实验提出了用NaOH和Na₂O₂高温熔融样品、热水提取后过滤的方法将稀土元素富集在稀土氢氧化物沉淀中,从而与大量的Na及K、W、Mo等金属离子分离,加入酒石酸-HCl体系溶解沉淀后稀释,可实现ICP-MS对钨矿石和钼矿石样品中稀土元素的测定。实验表明:称取0.500 0 g样品,加入3.0 g NaOH和1.5 g Na₂O₂,在马弗炉中于700 ℃熔融20 min可将样品分解完全;通过选择合适的同位素及数学校正方法可消除质谱干扰,以10 μg/L¹⁰³Rh为内标可有效地监测和校正分析信号的漂移和基体效应。在优化的实验条件下,各元素校准曲线的相关系数均大于0.999 5,方法检出限为0.004～0.08 μg/g。采用实验方法对钼矿石和钨矿石成分分析标准物质中的稀土元素进行测定,结果与标准物质认定值对数误差(ΔlgC)的绝对值均小于0.1(地质矿产行业标准DZ/T 0130-2006的要求),相对标准偏差(RSD,n=6)小于5%。     

电感耦合等离子体原子发射光谱法测定赤泥浸出液中稀土元素

对赤泥浸出液中稀土元素含量进行测定可以指导研发人员初步判断赤泥中的稀土总量。采用5 mol/L盐酸浸取赤泥中稀土元素镧、铈、镨、钕、钪、钇,并采用电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)进行了测定。以功率、辅助气流量、分析泵速和积分时间为考察因素,各元素分析谱线的发射强度为考察指标,设计了L₉(3⁴)的正交试验,确定了电感耦合等离子体原子发射光谱仪的最佳工作条件为功率950 W、辅助气流量为0.50 L/min、分析泵速为100 r/min、积分时间为10 s。使用标准加入法绘制校准曲线,消除了基体及杂质元素对待测稀土元素测定的影响。各待测元素校准曲线的线性相关系数均不小于0.999 9,方法中稀土元素镧、铈、镨、钕、钪、钇的检出限在0.002 4～0.013 mg/L之间。按照实验方法测定赤泥浸出液实际样品中稀土元素镧、铈、镨、钕、钪、钇,结果的相对标准偏差(RSD,n=6)为0.21%～1.2%,回收率为96%～114%。采用实验方法和电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)分别对赤泥浸出液中的稀土元素镧、铈、镨、钕、钪、钇进行测定,两种方法的测定结果基本一致。