ICP光谱仪测定磷矿石中微量有毒元素铅、砷和镉
铅、砷和镉是对人体和畜禽生长有害的重金属元素，在人体内过量积累会引起心力衰竭、动脉硬化、血管痉挛、腹绞痛、高血压、神经衰弱症侯群、末梢神经炎等**。磷矿石是磷化工行业*基本的原材料，可用于生产农用磷肥、饮料和制造食品添加剂等。磷矿石中的有毒微量元素将直接影响产品的质量，因此准确测定磷矿石中的微量有毒元素铅、砷和镉具有重要意义。目前的磷矿石和磷精矿的国家标准方法中只有测定镉元素的方法，对于测定其中的铅和砷还没有相关的标准方法。
目前砷的测定主要有化学法（如砷斑法、银盐法），氢化物-原子吸收光谱法和氢化物-原子荧光光谱法。化学法操作繁琐，灵敏度低，对于微量元素很难准确测定。而氢化物-原子荧光光谱法常会出现仪器测定空白荧光强度过高或不稳定、干扰严重、精密度和重现性受基体影响大等问题，并且上述方法需要各个项目分别测定，耗时多，使用试剂量大，检验周期长。
电感耦合等离子体发射光谱法（ICP-AES）分析样品具有操作简单、方便、灵敏度高、检出限低、线性范围宽、重现性好、精密度高、准确度好等优点，能够实现一次溶样多元素同时测定，节省时间和人力；并且能对多元素和元素的多个分析线同时测定，快速优化仪器测试条件，消除基体和共存元素谱线干扰。本文针对磷矿石和磷精矿基体复杂、前处理麻烦、干扰元素多、重金属含量低等特点，优化了溶样条件和仪器测试条件，用ICP-AES法一次溶样同时测定磷矿石中微量有毒元素铅、砷和镉，结果令人满意。
1 实验部分
1.1 仪器及工作条件
HK-9600电感耦合等离子体发射光谱仪，功率1.3kW；冷却气流量1.5L/min，辅助气流量2.0L/min，试样流量1.5mL/min；积分时间2s；轴向方式观测，观测距离15.0 mm；待测元素的分析线分别为Pb 220.353nm， As 193.696nm，Cd 228.802nm；纯水发生器；所用容器均预先用稀HCl浸泡24 h。
1.2 主要试剂
HCl（11.9 mol/L）、HNO3（14.6 mol/L）、HF（19.8 mol/L）、HClO4（11.7 mol/L）均为优级纯；NH4H2PO4和CaO为基准试剂，质量分数大于99.95%。
实验用水为离子水（电阻率18.2 MΩ·cm）。
1.3 标准曲线的绘制
按照表1的数据，用标准储备溶液逐级稀释，配制成混合标准溶液系列。在5个混合标准溶液中，加入15mL 50g/L NH4H2PO4溶液、10mL 50g/L CaO溶液，使其含量与试样中的PO43-和Ca2+相匹配，同时按照溶样的酸度条件加入相当的HNO3。按选定的仪器工作参数和分析条件测定。
表1 标准溶液系列的配制
| 元素 | ρB/(mg·L-1) |
| 0 | 1 | 2 | 3 | 4 |
| Pb | 0.0 | 0.5 | 1.0 | 1.5 | 2.0 |
| As | 0.0 | 0.5 | 1.0 | 1.5 | 2.0 |
| Cd | 0.0 | 0.05 | 0.10 | 0.15 | 0.20 |
1.4 实验方法
称取已烘干至恒重的1g（**至0.0001g）试样置于200mL烧杯中，用少量水湿润，加入20mL王水，盖上表面皿，在电热板上低温加热，保持微沸30 min。取下盖，用少量水吹洗。继续加热至近干，取下稍冷却。加入10 mLHNO3（7.3mol/L），继续在电热板上加热至可溶性盐溶解。取下冷却后移入25mL容量瓶中，用水稀释，摇匀。随同制备试剂空白溶液。干过滤，按选定的仪器条件测试。
2 结果与讨论
2.1 样品处理方法的选择
采用HNO3、王水- HNO3、HF-HClO4- HNO3和王水-HClO4- HNO3共4种溶样方式进行试验，结果表明，用HF-HClO4- HNO3和王水-HClO4体系溶解样品，HNO3浸取，试样能溶解完全；但是由于HClO4沸点高，蒸发过程会造成As元素的损失，并且残留的HClO4产生较强的背景干扰，影响测定结果；用HNO3溶样，矿样不能完全分解，造成测定结果偏低；用王水溶样，样品能完全分解。浸取阶段用HNO3比HCl好，HNO3的加入使铅转变成氧化物型，从而避免氯化铅沉淀形成而造成损失，分析结果令人满意。
2.2 基体效应和共存离子干扰
在出口的磷矿石和磷精矿中，元素多，基体复杂。CaO和P2O5的含量较大，分别为50%和32%左右，而待测元素的含量较低，基体干扰严重。为了使标准工作溶液和分析样品在基体相近的分析条件下测试，本实验在配制Pb、As、Cd标准溶液时，加入NH4H2PO4和CaO(15 mL 50 g/L NH4H2PO4溶液、10 mL 50 g/L CaO溶液)，以达到基体匹配，消除基体干扰的作用。
由于ICP-AES光源激发能量高，有大量发射谱线，几乎每一种元素的分析线均受到不同程度的干扰，选择分析线一方面要保证所选的分析线具有足够的灵敏度，另一方面要尽量避免其他谱线的重叠干扰。磷矿样中除了含量较大的CaO和P2O5外，常见的元素还有Al、Si、Mn、Mg、Fe、Ti、Sr、K和Na等。通过观察谱图，选择其中灵敏度高、背景强度较低的一条谱线作为分析线。在选定的仪器工作条件和元素分析线下对样品进行测定，结果表明上述元素对待测元素的测定没有明显干扰；待测元素Pb、As和Cd之间也没有干扰。
2.3 线性范围和检出限
按照实验方法，连续测定12份空白溶液，计算标准偏差，并以3倍标准偏差计算方法的检出限。测定4个混合标准溶液绘制标准曲线，Pb、As和Cd标准曲线的相关系数分别为0.9998、0.9996和0.9993，结果见表2。
表2 方法线性范围和检出限
| 分析元素 | 相关系数 | 线性范围 ρB/(mg·L-1) | 检出限 LD/（mg·L-1） |
| Pb | 0.9998 | 1.0~40.0 | 0.042 |
| As | 0.9996 | 1.0~40.0 | 0.053 |
| Cd | 0.9993 | 0.15~2.0 | 0.006 |
3 结语
用王水溶解磷矿石样品，硝酸浸取，待测元素能完全从矿样中溶解出来，再用电感耦合等离子体发射光谱仪，应用基体元素匹配法和干扰元素校正法直接测定了磷矿石中的微量有毒元素铅砷镉。方法精密度好，准确度高，分析速度快，分析质量完全能满足分析要求。