高压消解－电感耦合等离子体质谱法测定铌钽矿石中铌钽含量

高压消解－电感耦合等离子体质谱法测定铌钽矿石中铌钽含量中国是稀土大国，资源丰富，稀土矿物埋藏量居世界首位，而铌钽矿物埋藏量也居世界前列[1，2] 。铌和钽在地壳中则较比稀少，铌的地壳克拉克值为 0.002 %，钽为铌的1/10，即0.000 2 %，系稀有金属。钽铌原矿中钽、铌含量传统的分析方法是采用化学色层光度法进行测定。由于钽、铌化学性质相似，因 此该方法在测定过程中两元素间相互干扰，需要进 行分离后测定，传统方法分析流程长，且容易沾污,存 在很大的问题。近年来电感耦合等离子质谱法得到 广泛应用，该方法快速、稳定，适合批量样品及多元 素同时检测的优势愈加突出。1实验部分1.1主要仪器与试剂电感耦合等离子体质谱仪；氢氟酸，微电子级；硝酸，微电子级；酒石酸，分析纯；铌、钽标准储备溶液购自国家标准物质研究中心，100 μg/mL；二次纯水（电阻率＞18 MΩ·cm）。1.2 标准曲线配制将混合标准溶液用含5% 酒石酸的5% 硝酸溶 液逐级稀释至1 000 ng/mL，500 ng/mL、200 ng/mL、 100 ng/mL、50 ng/mL、20 ng/mL、10 ng/mL作为标准 曲线。内标溶液：ρ（Rh）=10 ng/mL，2% 硝酸介质。仪器条件见表1。1.3 实验准确称取0.050 0 g（±0.000 5 g）样品于聚四氟乙 烯内胆中，加入0.5 mLHNO3和1 mL HF，将内胆放入 不锈钢套中，拧紧，置于烘箱中，升温至190℃。48小 时后取出，冷却至室温，取出内胆，将内胆于150℃电 热板蒸干。加入1 mLHNO3，继续蒸干，重复此步骤 一次。加入5 mL（1+1）HNO3和0.1 g酒石酸。将内 胆放入钢套，置于烘箱中，升温至130℃。3小时后取 出，冷却至室温。用5%酒石酸溶液提取，转移至50 mL容量瓶中，摇匀，待测。2 结果与讨论2.1 实验条件的筛选本文实验了24小时，36小时，48小时对样品进 行消解，24小时与36小时消解的样品均有少量残渣， 消解48小时则溶液澄清透明，无残渣，所以本文采用 48小时消解样品。 本文采用 170℃、190℃消解标准物质 GBW 07103、GBW07104，将测试结果与标准物质的标准 值对比，190℃的测试结果在允许误差范围之内， 170℃的结果则超出允许误差范围。所以确定了消 解温度为190℃。 酒石酸与铌和钽可以形成稳定络合物的特点， 具有抑制Nb、Ta元素水解的作用，本实验中分别用 1%、5%、10%的酒石酸溶液提取样品，测试结果显示 1%酒石酸溶液的铌、钽含量低于5%与10%酒石酸 溶液的含量，因此本方法采用5%的酒石酸溶液提取 样品。2.2 同位素、干扰和内标的选择使用ICP-MS测定时，应该选择丰度较大而且干 扰小的同位素。对于Nb、Ta 两元素来讲，93Nb 为无 质谱干扰的同位素，Ta同位素包括181Ta和180Ta，相对 丰度分别为99.988%和0.012%。尽管181Ta 受165Ho16O 的干扰，但由于其丰度太低，灵敏度很差，因此Ta的 测定同位素选择181Ta。 ICP-MS中非质谱型干扰（即基体效应）常表现 为空间电荷和电离抑制效应，产生的原因是试液中 存在大量溶解的基体元素，特别是基体复杂的地球 化学样品。对Nb、Ta 的分析，通过实验确立了样品 稀释倍数为1 000，选择103Rh作为内标校正93Nb，185Re 作为内标，由此校正181Ta校正基体效应获得了可靠 的分析结果。2.3 加标回收率按照实验方法对钽矿石样品进行处理，同时加 入一定量的标准溶液并测定，各元素的回收率在 99.1%～102.5%之间，见表2。2.4 方法精密度、准确度选用钽矿石国家一级标准物质 GBW07154 和 GBW07155，按本文方法处理，在上述选定的仪器条 件下进行测试，分析结果与标准值进行比较。并对 上述标准物质按本文方法前后独立共做了12 次分 析，计算其精密度。测定结果、方法准确度和精密度 见表3。我们选取了4个未知的铌钽矿石样品，分别用传 统的高压密闭法、本文建立的方法以及过氧化钠碱融 方法对样品进行处理，并测试结果，检测结果见表4。此结果中可以看出，本文建立的消解方法与过 氧化钠碱融方法均可很好的溶解样品，并获得准确 结果。但当元素含量超过1 000 μg/g 时，本文建立方 法的消解效果就不如过氧化钠碱融的效果好，故而 本方法适用于含量低于1 000 μg/g的铌钽矿分析。2.5 方法检出限按照确定的实验方法和条件，处理空白溶液12 份，上机测定，以空白溶液标准偏差的3倍作为方法 的检出限，各元素的检出限见表5。3结论建立了高压消解－电感耦合等离子体质谱法测定钽矿石中铌和钽含量的方法，经标准物质验证，获得了满意的结果。