液相阴极辉光放电原子发射光谱法高灵敏测定精铜矿中的铅和锌

摘要：

由于重金属毒性大,且在环境、动物和人体器官中易积聚,因而在矿石开采、冶炼和加工之前,监测其中的微量重金属显得尤为重要.著名的原子光谱仪器,如原子荧光光谱(AFS)、原子吸收光谱(AAS)、电感耦合等离子体(ICP)等已广泛用于各种样品中元素的检测,但它们体积大、能耗高、价格昂贵、气体消耗大,这些缺点严重阻碍了野外现场的连续监测.为了满足分析仪器的微型化趋势,1993年Cserfalvi开发了一种电解液阴极放电原子发射光谱(ELCAD-AES)技术并将其用于分析检测中.该装置中,待测溶液以8～10 mL·min-1的流速从细管顶端溢出,然后沿管壁流入装满电解液的35 mL储液池中,以溢出溶液的液面作为放电阴极,在和流动液体电极相距2～4 mm处放一金属W(Ti)棒为阳极,细管浸入电解液并尖端向上弯曲超出储液池液面1～3 mm,细管顶端溢出的液体流入储液池并通过其中的碳棒与电源负极相连,从而构建放电系统.从那时起,为了提高激发效率和放电稳定性,人们对ELCAD进行了大量改进.基于EL-CAD的特点,通过改进放电装置,建立了一种新的液相阴极辉光放电(LCGD)分析系统.该系统中,放电在直径0.5mm的铂针阳极和内径1mm的毛细管顶端溢出的溶液阴极之间的间隙中产生.毛细管上端和铂丝之间的间隙为2 mm,毛细管插入石墨管且露出石墨管的距离为2.5mm.样品溶液以4.5 mL· min-1从毛细管顶端溢出流经石墨管上的凹槽,石墨管和电源负极连接.与ELCAD相比,LCGD的优点在于:Pt针做阳极,可形成尖端放电,从而降低能耗(＜60 W),提高激发效率;蠕动泵管上打结,可降低泵的脉动性,提高放电的稳定性;石墨管链接电源负极,删除ELCAD中的储液池,使样品消耗更少.为了评估方法的分析性能,用LCGD测定了HNO3-HCl消化的精铜矿样品中的铅和锌.系统研究了放电稳定性以及放电电压、溶液流速、支持电解质和溶液pH对发射强度的影响,并将LCGD与其他ELCAD的分析性能进行比较.此外,用ICP对LCGD的测试结果进行验证,t检验分析两种结果的差异性.结果表明,当电压从620升高到680V,发射强度逐渐增大,这是因为电压升高,激发能量增大,单位体积内激发的金属原子增多,激发效率提高.考虑到放电稳定性,选择650V为最佳放电电压.当流速从2.5增加到4.5 mL·min-1时,发射强度增加,这是由于流速增加导致进入放电区的样品量增加,发射强度增强;流速高于4.5 mL·min-1后,发射强度有下降的趋势,这是由于水荷载的增加引起放电区能量密度降低以及过量水加热消耗了用于激发样品的能量,导致激发能量降低.因此,选择最佳流速为4.5 mL·min-1.pH=1的HNO3具有较高的激发强度,因而选择pH=1为最佳pH.最佳条件下,Pb和Zn的检出限分别为0.38和0.59 mg· L-1,相对标准偏差分别为0.9％和1.2％,功率低于60 W.实验中的检出限与其他类似方法所测结果有一定差距,这可能与所选谱仪有关.固定激发波长下研究发现,放电过程有较好的稳定性.矿石样品中Pb和Zn的回收率在87.6％～107.4％,LCGD测试结果与ICP基本一致,两种方法基本无显著性差异.与ICP相比,LCGD具有低能耗、高激发效率、小型便携等优点.随着进一步改进,有望开发出可用于实时、在线检测金属元素的微型化仪器.

关键词：液相阴极辉光放电、原子发射光谱、精铜矿、微量重金属、高灵敏测定

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分类号：O657.3(分析化学)

资助基金：国家自然科学基金项目21567025,21367023;甘肃省自然科学基金项目17JR5RA077,17JR5RA075

在线出版日期：2018-12-27（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共8页

页码：3550-3557