火焰原子吸收光谱法测定矿石中Cu、Pb、Zn

化学化工
C hemical Engineering
火焰原子吸收光谱法测定矿石中Cu、Pb、Zn
吴永曙
（湖南省地质矿产勘查开发局四Ｏ七队，湖南　怀化　４１８０００）
摘 要：在矿石当中中低含量元素测定过程当中，光度法的应用较为普遍。

利用电感耦合等离子质谱法对矿石元素进行测定过程当中，设备投入的成本非常高，这对该方法的推广应用形成很大阻碍。

原子吸收光谱法这种方法在对矿石元素含量进行测定过程当中，不仅具有非常高的灵敏度，而且操作起来也十分的方便，因此这一方法在矿石元素测定过程当中应用越来越普遍，成为一种最为重要的矿石元素测定方法，为了促进该方法的应用，提高其应用效果，对该项技术方法进行深入研究具有十分重要的现实意义。

主要结合实践，对矿石当中中Ｃｕ、Ｐｂ、Ｚｎ元素含量测定过程当中应用火焰原子吸收光谱法进行测定工作，试验材料通过盐酸以及硝酸进行溶解，介质选择５％的硝酸，通过原子吸收分光光度计不同波长来测试矿石当中Ｃｕ、Ｐｂ、Ｚｎ等元素含量，测定过程当中通过空气－乙炔火焰来完成，达到了理想的测试效果，下面结合实践展开具体的分析研究。

关键词：光谱法；火焰原子吸收；矿石；含量
中图分类号：Ｐ５７５ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００２－５０６５（２０２０）１５－０１２０－２
Determination of Cu, Pb and Zn in Ores by Flame Atomic Absorption Spectrometry
WU Yong-shu
（Ｔｅａｍ　４０７　ｏｆ　Ｈｕｎａｎ　Ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ　ａｎｄ　Ｍｉｎｅｒａｌ　Ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇ　Ｂｕｒｅａｕ，Ｈｕａｉｈｕａ　４１８０００，Ｃｈｉｎａ）Abstract: Ｉｎ　ｔｈｅ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｏｆ　ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｌｏｗ　ａｎｄ　ｍｅｄｉｕｍ　ｃｏｎｔｅｎｔ　ｅｌｅｍｅｎｔｓ　ｉｎ　ｏｒｅｓ，　ｐｈｏｔｏｍｅｔｒｉｃ　ｍｅｔｈｏｄ　ｉｓ　ｗｉｄｅｌｙ　ｕｓｅｄ．　Ｉｎ　ｔｈｅ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｏｆ　ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｏｒｅ　ｅｌｅｍｅｎｔｓ　ｂｙ　ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ　ｃｏｕｐｌｅｄ　ｐｌａｓｍａ　ｍａｓｓ　ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ，　ｔｈｅ　ｃｏｓｔ　ｏｆ　ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　ｉｎｖｅｓｔｍｅｎｔ　ｉｓ　ｖｅｒｙ　ｈｉｇｈ，　ｗｈｉｃｈ　ｈｉｎｄｅｒｓ　ｔｈｅ　ｐｏｐｕｌａｒｉｚａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｉｓ　ｍｅｔｈｏｄ．　Ａｔｏｍｉｃ　ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ　ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ　ｉｓ　ｎｏｔ　ｏｎｌｙ　ｈｉｇｈｌｙ　ｓｅｎｓｉｔｉｖｅ，　ｂｕｔ　ａｌｓｏ　ｅａｓｙ　ｔｏ　ｏｐｅｒａｔｅ．　Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，　ｔｈｉｓ　ｍｅｔｈｏｄ　ｉｓ　ｍｏｒｅ　ａｎｄ　ｍｏｒｅ　ｗｉｄｅｌｙ　ｕｓｅｄ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｏｒｅ　ｅｌｅｍｅｎｔｓ，　ａｎｄ　ｈａｓ　ｂｅｃｏｍｅ　ｏｎｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｍｏｓｔ　ｉｍｐｏｒｔａｎｔ　ｏｒｅ　ｅｌｅｍｅｎｔ　ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄｓ　Ｉｔ　ｉｓ　ｏｆ　ｇｒｅａｔ　ｐｒａｃｔｉｃａｌ　ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅ　ｔｏ　ｃａｒｒｙ　ｏｕｔ　ｉｎ－ｄｅｐｔｈ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｎ　ｔｈｉｓ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ａｎｄ　ｍｅｔｈｏｄ．　Ｃｏｍｂｉｎｅｄ　ｗｉｔｈ　ｐｒａｃｔｉｃｅ，　ｆｌａｍｅ　ａｔｏｍｉｃ　ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ　ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ　ｗａｓ　ｕｓｅｄ　ｔｏ　ｄｅｔｅｒｍｉｎｅ　ｔｈｅ　ｃｏｎｔｅｎｔ　ｏｆ　Ｃｕ，　Ｐｂ　ａｎｄ　Ｚｎ　ｉｎ　ｏｒｅｓ．　Ｔｈｅ　ｔｅｓｔ　ｍａｔｅｒｉａｌｓ　ｗｅｒｅ　ｄｉｓｓｏｌｖｅｄ　ｂｙ　ｈｙｄｒｏｃｈｌｏｒｉｃ　ａｃｉｄ　ａｎｄ　ｎｉｔｒｉｃ　ａｃｉｄ，　ａｎｄ　５％　ｎｉｔｒｉｃ　ａｃｉｄ　ｗａｓ　ｓｅｌｅｃｔｅｄ　ａｓ　ｍｅｄｉｕｍ．　Ｃｕ，　Ｐｂ　ａｎｄ　Ｚｎ　ｉｎ　ｏｒｅｓ　ｗｅｒｅ　ｔｅｓｔｅｄ　ｂｙ　ａｔｏｍｉｃ　ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ　ｓｐｅｃｔｒｏｐｈｏｔｏｍｅｔｅｒ　ｗｉｔｈ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｗａｖｅ　ｌｅｎｇｔｈｓ　Ｉｎ　ｔｈｅ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｏｆ　ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ，　ｔｈｅ　ａｉｒ　ａｃｅｔｙｌｅｎｅ　ｆｌａｍｅ　ｉｓ　ｕｓｅｄ　ｔｏ　ｃｏｍｐｌｅｔｅ　ｔｈｅ　ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ，　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｉｄｅａｌ　ｔｅｓｔ　ｅｆｆｅｃｔ　ｉｓ　ａｃｈｉｅｖｅｄ．　Ｔｈｅ　ｓｐｅｃｉｆｉｃ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ａｎｄ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ａｒｅ　ｃａｒｒｉｅｄ　ｏｕｔ　ｉｎ　ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ　ｗｉｔｈ　ｐｒａｃｔｉｃｅ．
Keywords:　ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ；　ｆｌａｍｅ　ａｔｏｍｉｃ　ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ　ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ；　ｏｒｅ；　ｃｏｎｔｅｎｔ
在自然界当中同有着非常广泛的分布，而且保持在
0.01%的地壳丰度，测定矿石当中具有较高含量的铜铅锌，
一般利用滴定分析法来完成，然而，利用这种方法进行测定
过程当中，应当首先进行沉淀，并进行洗涤，具有非常繁杂
的操作程序，十分的耗时[1]。

基于此，下文主要结合实践，
通过盐酸，硝酸对样品溶解之后，使其达到一定体积，介质
选择5%的硝酸，在原子吸收分光光度计应用下测定矿石当
中的铜铅锌含量。

1 火焰原子吸收光谱法原理
在实际应用原子吸收光谱法过程当中，原子化作为测量
过程当中的重要组成部分，能够将测定元素化合物进行原子
蒸气转化，现如今依照是否应用火焰，把原子吸收光谱法进
行非火焰和火焰原子吸收光谱法两种之分。

尤其是火焰原子法应用非常的普遍，借助化学反应，把试样适应进行溶液制备，通过喷雾的手段，将经过事先制备的溶液通过喷雾的形式进入火焰，在高温作用下，将原子蒸气进行获取[2]。

图1即为单光束火焰原子吸收分光光度计主要的工作原理，实际工作过程当中，溶液从喷雾到原子蒸汽这个过程比较复杂，也是测量矿石元素含量不可或缺的重要环节。

图1 单光束火焰原子吸收分光光度计工作原理
2 火焰原子吸收光谱法的应用
随着科学技术不断发展，原子吸收光谱法也获得了巨大提升，在岩石样品各类元素测定过程当中应用主要兴起20世纪60年代，该项技术方法能够针对矿石当中的很多元素进行测定，了解和掌握这些元素含量大小。

主要的光谱法包括石墨炉原子吸收光谱法以及氧化亚氮乙炔原子吸收光谱法等得到了很好的应用，然而在这个时期，这些原子吸收光谱法无法对金属元素开展测定工作，但可以高效的测定同位素以及非金属元素。

伴随此项技术逐渐发展，在岩石矿物元素测定过程当中，其精密度以及灵敏度越来越高，这与我国
收稿日期：２０２０－０７
作者简介：吴永曙，男，生于１９８１年，侗族，湖南怀化人，本科，地质实验测试工程师，研究方向：矿产地质调查中各种样品的实验测试。

世界有色金属 2020年 8月上
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地质学发展需求形成了良好的契合作用，成为地质学科发展过程当中不可或缺的重要技术手段。

通过相应的研究发现，目前应用原子吸收光谱法可以对70多种元素含量进行测定，通过对这些元素进行归纳分析，这70多种元素都存在原子化和低沸点的特征，如Sb、Cd、Bi、Co、Ni等重要的有色金属元素，还有Au、Ag、Pt等贵金属元素以及Cr、Fe、Mn等黑金属元素，还有Ba、Mg、Ca等碱土金属元素测定过程当中都发挥着十分重要的作用。

依照相关研究发现，在空气乙炔火焰下有些元素，很容易形成难溶的氧化物，检出线不高，这时应当利用高温还原性火焰进行测定，保证元素检出限与样品分析要求相符合。

3 实验部分
（1）主要仪器。

①北京普析原子吸收光谱仪A3AFG-12型；②（铜、铅、锌）空心阴极灯以及空气压缩机（无油）；
③稳压器。

（2）试剂。

主要包括铜，铅锌等金属样品，以及浓盐酸和浓硫酸。

（3）标准溶液配制。

①铜标准溶液.将金属铜精准的进行1.000g称取，利用烧杯（100mL）进行盛取，溶解样品过程当中，把（1+1）HNO315mL加入其中进行溶解，并使其蒸发达到2mL~3mL体积大小，然后利用容量瓶（1000mL）进行盛取，利用水进行稀释，使其达到刻度要求，并均匀的混合，Cu在溶液当中保持在1.000mg/mL。

②铅标准溶液。

将金属铅精准的进行1.000 g称取，利用烧杯（100mL）进行盛取，把（1+1）HNO315mL加入其中进行溶解，并使其蒸发达到2mL~3mL体积大小，然后利用容量瓶（1000mL）进行盛取，利用水进行稀释，使其达到刻度要求，并均匀的混合，Cu在溶液当中保持在1.000mg/mL。

③锌标准溶液。

将金属锌精准的进行1.000 g称取，利用烧杯（100mL）进行盛取，把（1+1）HNO315mL加入其中进行溶解，并使其蒸发达到2mL~3mL体积大小，然后利用容量瓶（1000mL）进行盛取，利用水进行稀释，使其达到刻度要求，并均匀的混合，Zn在溶液当中保持在1.000mg/mL。

4 实验方法
（1）实验步骤。

前处理Cu、Pb、Zn样品，将样品精准的进行0.1000g称取，并盛装在烧杯（100mL）中，将10mL 加入其中，同时在将硝酸3ml加入其中，有效的蒸发时期逐渐变干，取向之后进行冷却，将硝酸5ml加入其中，全面的溶解其中的盐类，之后取一下进行冷却，使其达到使温水瓶，利用容量瓶（100mL）盛装溶液，并加水进行稀释，保持刻度要求，使其均匀的混匀。

（2）标准曲线。

①铜标准曲线。

将铜标准溶液0mL、0.50mL、1.00mL、2.00mL、3.00mL、5.00mL、10.00 mL 准确的进行移取（ρ=100μg/mL）在容量瓶（100mL）中设置成一组，将硝酸5ml加入其中，并通过蒸馏水应用使其有效稀释，保持在相关刻度水平，并充分的混匀。

②铅标准曲线。

将铅标准溶液进行0mL、0.50mL、1.00mL、3.00mL、5.00mL、10.00mL、15.00mL、20.00mL准确的移取（ρ=100μg/mL）在容量瓶（100mL）中设置成一组，将硝酸5ml加入其中，并通过蒸馏水应用使其有效稀释，保持
在相关刻度水平，并充分的混匀。

③锌标准曲线。

将锌标准溶液0mL、0.20mL、0.50mL、1.00mL、2.00mL、3.00mL、5.00mL、7.00mL、10.00mL准确的移取（ρ=100μg/mL）在容量瓶（100mL）中设置成一组，将硝酸5ml加入其中，并通过蒸馏水应用使其有效稀释，保持在相关刻度水平，并充分的混匀。

（3）测量条件。

火焰主要采用空气乙炔火焰，设置在324.7nm、283.3nm、213.9nm原子吸收光谱仪波长处，通过冷水进行调零，对溶液的吸光度开展测量工作，将零浓度溶液吸光度去除，横坐标为铜、铅、锌浓度，纵坐标为吸光度进行工作曲线绘制。

表1 测量条件
元素
波长
（nm）
灯电流
（mA）
狭缝
（nm）
燃烧器高
度（mm）
空气流量
（L/min）
乙炔流量
L/min Cu324.730.477.0 1.5
Pb283.330.477.0 1.5
Zn213.930.477.0 1.5
（4）标准系列溶液对应的吸光度。

①铜标准系列溶液。

依照实验方法对工作曲线进行绘制，通过相应的结果发现，铜线性关系主要在0~10.0μg/mL范围内。

A=0.0501C+0.0084是主要的线性回归方程，r=0.9991是相关系数。

②铅标准系列溶液。

工作曲线绘制依照实验方法来完成，结果显示，锌线性关系主要出现在0~10.0μg/mL 范围。

A=0.0035C*C+0.0948C+0.0079是其线性回归方程，r=0.9887是其相关系数。

表2 铜标准溶液及所对应的吸光度数值
Cn标准溶液
（ug、mL）
0.00.50 1.00 2.00 3.00 5.0010.00
吸光度（A）0.00120.02890.05660.11400.16570.26920.5018
（5）铜、铅、锌含量范围的选择。

验证该方法过程当中主要通过，国家铜矿石标准物质GBW07164）、（GBW07162）、（GBW07169）、（GBW07235）来开展相应的验证工作，通过验证工作发现，该方法的测量结果和标准值相符。

同时测量精准度与准确度和日常测试要求相符合。

通过以上分析发现，利用原子吸收法可以准确的测定矿石中Cu<6%、Pb<5%、Zn<2%，即矿石当中小于6%中低含量铜铅锌测定时利用原子吸收分光光度法，不仅具有很高的精确度，而且测量工作相对简单，完全可以满足测量工作需求。

5 结果与讨论
（1）在对矿石铜铅锌含量进行测定过程当中，方法应用非常的普遍，而且应用效果较好，能够使标准系列浓度获得大幅提升。

（2）如果Pb含量处于较高水平时，应当将试样的酸度有效提升，确保可以全面的溶解样品。

（3）借助反复试验，如果测定方法介质有改变出现时，不会对样品结果造成影响。

（4）利用这一方法进行矿石元素测定操作起来非常的简便，而且具有非常快的分析速度，还具有很好的重现性。

[1] 余清，陈贺海，张爱珍，等．火焰原子吸收光谱法快速测定铁矿石中铅
锌铜［J］．岩矿测试，2019（6）:598-599．
[2] 张晓，孙绍武．火焰原子吸收光谱法测定铁矿石中Zn、Co、Ni、Pb、Cr
含量的研究［J］．内蒙古石油化工，2018（9）:13-14．
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