原子吸收仪测定大顶铁矿石中锰含量

　　0.引言 
　　锰是一种重要的金属元素，主要是以化合物的形式存在于自然界中，锰对于钢铁工业有重要的作用，锰在钢铁工业中可以作为脱氧剂和脱硫剂，使工业中的原材料更加的纯正，同时作为合金元素运用在钢铁生产中，增强了钢的强度和耐用性。不仅在工业中对锰的使用十分广发，在农业、建筑等众多方面都有重要的应用。锰一般从铁矿石中提炼出来，大多数的铁矿石都是不纯正的，含有较多的其他元素，锰就是其中的一种，铁含量较高，猛含量也较高则属于锰铁矿石，可以创造较高的经济效益。大顶铁矿是华南地区最大的铁矿石产地，其中含有的铁矿石包含了几乎所有的种类，拥有大小规模不同的矿区，并且作为露天的铁矿区是铁矿石产量较大的矿区。在这个巨大的矿物中出产多种金属，锰就是其中重要一种。要获得锰金属需要对铁矿石中的锰含量进行较为准确的测定，这对于开采的成本以及日后的收益有重要的作用，测定方法也很多但目前使用较多的测定仪器就是原子吸收仪，这种仪器可以精确地测定铁矿石中的锰含量，简便易行，广泛的适用于实际工作当中。 
　　1.有关原子吸收仪 
　　原子吸收仪是一种使用较为简便，结果准确可靠地实验仪器，可以测定多种金属的含量，其原理主要是原子吸收仪本身发出的发现被金属以原子形态吸收导致光线减弱，以光线减弱的程度就可以鉴定出矿石样品中的金属元素以及该金属元素的含量。原子光谱吸收仪主要是由四部分组成，光源部分负责发射测定金属含量的光束，设备不同其中的发光体也不相同；原子化系统负责将要测定的金素转化为原子形态，使得吸收光谱成为可能，是整个实验的前提环节，根据元素的性质特点应该选取不同的原子化设备；分光系统是对光线的各种改变；检测系统则是对于结果的重要体现，金属含量通过检测系统的分析综合得以体现，由此判断锰铁矿石的价值。 
　　2.测定具体过程 
　　使用原子吸收光谱仪可以快速准确的测定铁矿石中的锰金属含量，是目前测定方法中使用最为普遍和广泛的方法，下面我们就来详细的论述其测定过程： 
　　2.1仪器及工作条件 
　　①仪器：赛多利斯电子天平（d=0.01），岛津AA-6300原子吸收分光光度计，锰空心阴极灯，可调低温电炉。 
　　②试剂：盐酸、氢氟酸、硝酸、高氯酸均为优级纯；锰标准溶液（20μg/ml）：移取国家钢铁材料测试中心1000μg/ml锰标准溶液20ml于1000容量瓶中，用水稀释至刻度，混匀，此溶液锰含量为20μg/ml。 
　　2.2校准曲线制取 
　　分别吸取Mn标准溶液（20μg/ml）0ml、5ml、10ml、15ml、20ml、25ml于6 个100ml的容量瓶中，用水稀释至刻度，摇匀，待测。 
　　2.3试样的处理 
　　准确称取分析样品0.15000g于聚四氟乙烯（PTFE）烧杯中，用少量蒸馏水润湿试样，加10ml盐酸低温初步分解试样约5分钟，加5ml氢氟酸，继续低温加热约15分钟，加入3ml硝酸、2ml高氯酸，继续加热至高氯酸冒白烟，再继续加热至近干，取下用水冲洗杯壁，加5ml盐酸，5ml蒸馏水，加热使可溶性盐类溶解，再将溶液蒸发至湿盐状，调低温度继续加热至近干，加5ml盐酸，加热使盐类溶解。移至100ml容量瓶中，定容至刻度，摇匀静置两小时以上。吸取上清液10ml移到100ml容量瓶中，定容至刻度待测。用于标准加入法测定溶液的制定：分别吸取以上制取的溶解液5ml于6个不同的100ml容量瓶中，再依次加入系列0ml、2.5ml、5ml、7.5ml、10ml、12.5ml20μg/ml的Mn标准溶液，定容至刻度，摇匀待测。 
　　3.结果与讨论 
　　（1）采用溶解试样的盐酸、氢氟酸、硝酸、高氯酸都比较容易通过加热蒸发除去，且不引入除氢离子以外的其它阳离子，加入盐酸使试样初步溶解时，有些杂质可被分解成挥发性物质而除去，氢氟酸可溶解硅化合物并使硅变为SiF4气体而除去，这样就大大减少了溶解液中的物质量，这对原子吸收测定十分有利。通过反复实验，这种酸组合对大顶铁矿石溶解效果特别好。 
　　（2）硅对锰含量测定的影响。硅对锰有负干扰，一般多是采用加入氯化锶使溶液呈1000ppm浓度来消除，本方法是采用氢氟酸使硅生成SiF4 气体挥发掉来消除硅对测定的影响，这样又不用多引入氯化锶，又去除了硅的各种化合物，对测定更有利。为证明这种方法确实把硅除去了，我们可把溶解的溶液转入300ml的三角瓶，向其中加入2.5%硫酸5ml，5%的钼酸铵5ml，摇匀，静置15分钟，加入10%的草酸5ml，摇动30秒后，加10%的硫酸亚铁铵5ml，如溶液变蓝就说明还含有硅，不变蓝就说明已经不含硅了。 
　　实验表明，溶液没有变蓝，说明硅已经全部去除。 
　　（3）样液浓度线性范围确定。准确移取20μg/ml的锰标准溶液0ml、5ml、15ml、25ml、35ml、45ml、50ml于100ml容量瓶中定容至刻度，摇匀。 
　　从统计的数据可知锰浓度和吸收值并不是完全线性关系，只有在溶液浓度约在0～5μg/ml，吸收值在0～0.8内线性关系才较为明显，所以我们所制浓度待测溶液的锰含量应在此范围内。如所显示的吸收度超过0.8时，就需对所测的溶液从新吸取并稀释到恰当的浓度再测定。 
　　（4）试样处理条件的选择。本方法采用酸分解试样，经实验溶液酸度对锰测定影响不大，但呈酸性更容易使近干的盐类溶解，最好是控制盐酸含量在1%至5%间。 　　（5）样液基体对吸收值的影响。通过所作的校准曲线和标准加入法曲线可以得知，校准曲线Abs=0.16092浓度+0.0111，r=0.9993。标准加入法曲线Abs=0.15948浓度+0.2488，r=0.9995。从坐标图上直观看，两直线近似平行，但从以上线性方程中可看出，校准曲线和标准加入法曲线斜率相差不大，说明溶液基体对溶液的吸收影响不大，所以可直接采用没有基体的校准曲线来测定，但当测定与大顶矿石基体相差较远的矿石时，为消除基体对测定的影响，最好是采用标准加入法测定（但要注意加入标准溶液后吸收值不要超出线性范围内），考虑到标准加入法测定工作量太大，实际工作中一般可采用简化标准加入法进行测定。 
　　（6）未溶解残渣的影响。 
　　锰在酸里极易溶解，即使在晶格里也易于被氢等离子交换出，所以留在残渣里的锰从理论上说应该很少，为进一步验证，我们做以下试验来验证：把溶解液静置后过滤所得的极少量的残渣清洗干净后用1g碳酸钠（无水）作熔剂在铂坩埚中950℃熔融十分钟，再用稀盐酸浸取，制成溶液，同试样一同进行测定，发现与对比的空白所对应的原子吸收值差别不大。由此可验证以上结论，实际操作中我们不考虑以上残渣对结果的影响。 
　　（7）方法的精密度和准确度。 
　　①精密度试验。为评价方法的精密度，对本公司的三个样品进行4次平行测定（采用校准曲线测得），分析结果相对标准偏差在0.20～0.56%，具有良好的重复性，也就是说本方法具有良好的精密度。 
　　②回收率试验。因为没有与大顶铁矿石含锰这样高标样，我们就用以上实验的场地烧结精粉作为母液，按其平均值2.2026%作为真实值进行回收率试验，则所制的母液浓度为44.052μg/ml，Mn加入量分别为50μg和100μg。 
　　4.结语 
　　原子吸收作为非常成熟的分析设备，具有灵敏度高，选择性好，精密度高，抗干扰能力强等优点，加上与现代科技有机地结合，使仪器性能更好、自动化程度更高，与其它分析方法相比具有其优越性。用原子吸收光谱法来代替现使用的测锰方法，不能不说是一个很好的途径。