1、電感耦合等離子體法在測(cè)定煤中微量元素的應(yīng)用摘要：隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，煤炭的消耗量日益增加。在煤利用過(guò)程中，煤中含有的微量元素排放到空氣中而污染環(huán)境，因而對(duì)這些影響環(huán)境生態(tài)平衡的微量元素的測(cè)定具有重要意義。本文對(duì)其中一種電感耦合等離子體法進(jìn)行簡(jiǎn)要闡述。關(guān)鍵詞：煤；微量元素；ICP-MS；ICP-AES煤作為工業(yè)生產(chǎn)的主要燃料之一，除了含有鋁、鐵、鈣等主量元素外，還含有銅、鉻、鉛等多種微量元素甚至有害元素，在其排放、儲(chǔ)存和利用過(guò)程中極易進(jìn)入大氣、水體和土壤，給環(huán)境和生態(tài)造成嚴(yán)重污染，正確了解煤中化學(xué)成分的含量對(duì)煤質(zhì)評(píng)價(jià)和環(huán)保都是必不可少的。煤中化學(xué)成分含量范圍變化很大，從微量元素的10-6到主

2、量元素的10-2，在進(jìn)行主成分分析時(shí)常采用經(jīng)典的國(guó)標(biāo)方法，整個(gè)分析過(guò)程繁瑣，涉及多種分析方法1。電感耦合等離子體(ICP)技術(shù)因測(cè)量組分種類多、速度快等優(yōu)點(diǎn)，在農(nóng)產(chǎn)品、食品、藥品、地質(zhì)環(huán)境樣品中多種微量元素的分析中得到了廣泛的應(yīng)用。目前常用的電感耦合等離子體技術(shù)有電感耦合等離子質(zhì)譜法(ICP-MS)和電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法(ICP-AES)。1 電感耦合等離子體ICP光源一般由三部分組成：高頻發(fā)生器、等離子炬管和霧化器。等離子炬管是一個(gè)三層同心石英玻璃管，外層通入冷卻氣，中層氣流起維持等離子體的作用，內(nèi)層以載氣輸入試樣氣溶膠，試樣多為溶液。當(dāng)高頻發(fā)生器與圍繞在等離子炬管外的負(fù)載銅管線圈

3、(以水冷卻)接通時(shí)，高頻電流流過(guò)線圈，并在炬管的軸線方向上形成一個(gè)高頻磁場(chǎng)。此時(shí)，向炬管內(nèi)通入冷卻氣和輔助氣，并用感應(yīng)線圈火花放電“引燃”，則氣體觸發(fā)產(chǎn)生電離粒子，當(dāng)這些帶電粒子達(dá)到足夠的導(dǎo)電率時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生一股垂直于管軸方向的環(huán)形渦電流。這股幾百安培的感應(yīng)電流瞬間就將氣體加熱到近萬(wàn)度的高溫，并在管口形成一個(gè)火炬狀的穩(wěn)定的等離子體，ICP裝置原理和放電形狀示意圖如圖1。1一內(nèi)氣流；2一中氣流(輔助氣)；3一外氣流(等離子氣)；4一內(nèi)管；5一中間管；6一外管；7一磁場(chǎng)；8一感應(yīng)線圈；9一標(biāo)準(zhǔn)分析區(qū)；10尾焰；11一初輻射區(qū)(IRZ)；12一環(huán)形外區(qū)(感應(yīng)區(qū))；13一軸向通道；14一預(yù)熱區(qū)(PHZ)

4、圖1 ICP裝置原理和放電形狀示意圖22 電感耦合等離子體質(zhì)譜法1980年，Houk等發(fā)表了關(guān)于電感耦合等離子體質(zhì)譜(ICP-MS)的第一篇文章，標(biāo)志著ICPMS的正式出現(xiàn)，隨后ICP-MS技術(shù)迅速發(fā)展。ICP-MS將電感耦合等離子體(ICP)與質(zhì)譜(MS)結(jié)合起來(lái)，兼具了ICP的高溫電離和MS的快速靈敏等特點(diǎn)。ICP-MS具有靈敏度高、檢出限低、線性動(dòng)態(tài)范圍寬、準(zhǔn)確度好、樣品分析速度快、樣品處理簡(jiǎn)單、可進(jìn)行多元素分析等優(yōu)點(diǎn)。在ICP-MS中，當(dāng)高頻射流(RF)施加在電感線圈上時(shí)，線圈內(nèi)部將形成溫度可達(dá)600010000 K的電感耦合等離子體。在源源不斷的氣體的推動(dòng)下，等離子體持續(xù)電離并且保持

5、穩(wěn)定平衡。等離子體的高溫特性將使絕大多數(shù)樣品中的元素發(fā)生電離，形成一價(jià)的正離子。楊春茹3人采用ICP-MS法同時(shí)分析煤中的12中微量元素，其相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差在1.86%4.86%之間。煤炭樣品加標(biāo)回收試驗(yàn)，回收率在80%120%之間。ICP-MS法可應(yīng)用于煤炭、巖石及土壤等環(huán)境樣品中微量元素的檢測(cè)，為有害微量元素的監(jiān)測(cè)與含量普查提供快捷、準(zhǔn)確的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。楊金輝4等人探討了對(duì)儀器工作參數(shù)的優(yōu)化，選擇合適待測(cè)元素的同位素和選用干擾元素矯正方程克服質(zhì)譜干擾。對(duì)于煤樣分析的結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)方法一致。3 電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法ICP-AES是一種新型分析技術(shù)，它使用射頻電磁場(chǎng)中由氬氣放電而產(chǎn)生的高溫(50

6、00K)等離子體作為激發(fā)光源，特殊的高溫可以確保樣品中元素的原子被高效率地激發(fā)，根據(jù)其外層電子輻射躍遷所發(fā)射的特征輻射能(不同的光譜)，來(lái)研究物質(zhì)化學(xué)組成的一種方法。該法相對(duì)于AES提高了分析的精密度和檢測(cè)限。劉冰冰5等人硝酸一氫氟酸一高氯酸混合酸分解粉煤灰樣品，以電感耦合等離子體一原發(fā)射光譜法測(cè)定粉煤灰中鎵含量。探討硝酸和氫氟酸的用量，溶解溫度及引入鹽酸溶樣對(duì)測(cè)定鎵含量的影響，回收率為94.45%105.40%，方法的精密度RSD為3.1%。譚雪英6等人用電感耦合等離子體發(fā)射光譜法測(cè)定煤及煤灰樣品中主量組分CaO、Fe2O3，、Al2O3、K2O、MgO、Na2O和次量及痕量P、Ti、Mn、

7、Co、Cr、Cu、Ni、V及Zn等21種元素，采用離峰背景校正法及干擾系數(shù)校正法消除背景干擾、光譜干擾及基體干擾對(duì)微量元素測(cè)定的影響。得出此方法檢出限低，精密度好，準(zhǔn)確度高，動(dòng)態(tài)范圍寬，簡(jiǎn)便、快速。4 總結(jié)隨著煤炭消費(fèi)的增長(zhǎng)，煤中微量元素的排放而造成的生態(tài)與環(huán)境問(wèn)題將不可避免地顯著增多。隨著國(guó)內(nèi)外對(duì)環(huán)境保護(hù)問(wèn)題的日益重視，煤中有害物質(zhì)的檢測(cè)與含量測(cè)定日益重要。電感耦合等離子體技術(shù)因測(cè)量組分種類多、速度快等優(yōu)點(diǎn)被廣泛使用，但因成本相對(duì)較高，也在一定程度上受到限制。參考文獻(xiàn)1段云龍.煤炭實(shí)驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)及其說(shuō)明M:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社.2004.2劉虎生,邵宏翔.電感耦合等離子體質(zhì)譜技術(shù)與應(yīng)用M.北京:工業(yè)出版社,2005.3楊春茹,康俊,高建文等.電感耦合等離子體質(zhì)譜法測(cè)定煤中多種微量元素J.煤質(zhì)技術(shù),2013,(4):1-4.4楊金輝,張小毅.電感耦合等離子體質(zhì)譜法測(cè)定煤中11種元素J.冶金分析,2013,33(9):8-13. 5劉冰冰,王英濱.電感耦合等離