13 Июня 2021, Воскресенье04:35 МСК
Курсы на 13.06.2021
72,13 +0,33
Au 1 878 -1,26%
Ag 28,05 -0,23%
87,39 +0,03
Pt 1 148,00 -0,37%
Pd 2 781 +0,22%

Новый подход к повышению точности анализа проб методом ИСП-АЭС при разведке, добыче и переработке ТПИ

Надежность оценки содержания благородных металлов в материалах составляет едва ли не основную проблему технико-экономических расчетов, предполагаемых к разработке проектов, действующих технологий и спорных ситуаций в межотраслевых отношениях при производстве конечных продуктов. Одним из важных и широко применяемых методов для геохимического анализа горных пород, руд и продуктов их переработки является атомно-эмиссионный метод с индуктивно связанной плазмой.
В статье представлены революционные технологии и программные продукты, реализованные в новых моделях Agilent 5800 и 5900 ИСП-АЭС, которые обеспечивают абсолютно новый подход к повышению точности анализа проб при разведке, добыче и переработке твердых полезных ископаемых. 
В процессе проведения анализа реальных проб на спектрометрах Agilent 5800 и 5900 ИСП-АЭС с помощью интеллектуального программного пакета IntelliQuant проводится быстрый сбор полуколичественных данных для всех элементов по всему спектральному диапазону для каждого образца и предоставляется исчерпывающая информация о пробе. После завершения исследования полного спектра каждой пробы инструмент IntelliQuant проверяет данные и автоматически определяет длину волны, которая обеспечит лучший результат для каждого элемента.
Новые технологии и интеллектуальные программные продукты позволяют значительно повысить достоверность и точность данных при анализе проб горных пород, руд и продуктов их переработки с помощью Agilent 5800 и 5900 ИСП-АЭС.

Ключевые слова: благородные металлы, твердые полезные ископаемые, достоверность данных, ИСП-АЭС, интеллектуальный программный пакет IntelliQuant

М.И. Мельник —  коммерческий директор департамента лабораторно-аналитического оборудования ООО «Энерголаб», ведущий специалист по спектральному оборудованию

Надежность оценки содержания благородных металлов в материалах составляет едва ли не основную проблему технико-экономических расчетов, предполагаемых к разработке проектов, действующих технологий и спорных ситуаций в межотраслевых отношениях при производстве конечных продуктов. Кроме того, достоверность анализа при добыче и переработке твердых полезных ископаемых является важным фактором для эффективного управления технологическими процессами, для контроля качества концентратов и промежуточных продуктов переработки, для паспортизации конечной продукции.

Одним из важных и широко применяемых методов для геохимического анализа горных пород, руд и продуктов их переработки является атомно-эмиссионный метод с индуктивно связанной плазмой. Применение метода ИСП-АЭС обусловлено его многоэлементностью, возможностью одновременного определения микропримесей и макрокомпонентов пробы, низкими пределами обнаружения, экспрессностью.

На достоверность получения данных методом ИСП-АЭС влияет много факто-ров, среди которых — химическая подготовка образцов к анализу, т.к. для анализа требуется предварительный перевод пробы в раствор. Задача может осложниться при анализе образцов с неизвестным составом, поскольку изначально нет информации о составе матрицы. Также ограничением метода является наличие спектральных влияний, что сильнее всего проявляется в случае анализа проб со сложной матрицей. И нельзя забывать про еще один источник ошибок и погрешностей — человеческий фактор. Все эти проблемы зачастую приводят к необходимости выполнять повторные измерения проб. 

Онлайн опрос более 200 лабораторий, проведенный в 2019 году показал, что лаборатории выполняют повторный анализ в среднем до 15 % всех проанализированных на ИСП-АЕС проб. Существует множество причин, вызывающих обеспокоенность относительно точности результатов: несоответствие требованиям контроля качества, проблемы с оборудованием, неполное разложение пробы, путаница с пробами и др.

Для решения большинства из этих проблем компания Agilent разработала и выпустила программный пакет IntelliQuant — мощный, специализированный, интеллектуальный инструмент, являющийся частью программного обеспечения новых моделей ИСП-ОЭС Agilent 5800 и 5900 (рис. 1), который позволяет лучше понимать элементный состав пробы и решать проблемы, перечисленные выше. Программный пакет IntelliQuant может использоваться для совершенствования традиционных методик количественного определения элементов или для получения полуколичественных результатов в короткий срок с минимальными настройками.

Рис. 1. ИСП-ОЭС Agilent модели 5800 и 5900.png

Рис. 1. ИСП-ОЭС Agilent модели 5800 и 5900

В процессе проведении анализа реальных проб IntelliQuant проводит быстрый сбор полуколичественных данных для элементов по всему спектральному диапазону для каждого образца и предоставляет исчерпывающую информацию о пробе, которую невозможно получить на других ИСП-АЭС. А при выполнении количественного определения элементов сканирование IntelliQuant обеспечивает быстрый анализ. На рисунке 2 представлены результаты записи полного спектра пробы и относительное содержание элементов, содержащихся в пробе. Эта информация используется для разработки методов, исключающих воздействие помех, определения коэффициентов разбавления и диапазона калибровки для каждого элемента, а также выбора обзора плазмы.

Рис. 2. Данные сканирования всего спектра.png

Рис. 2. Данные сканирования всего спектра, собранные IntelliQuant с полным набором аналитических данных о пробе

После завершения исследования полного спектра каждой пробы инструмент IntelliQuant проверяет данные и автоматически определяет длину волны, которая обеспечит лучший результат для каждого элемента. Алгоритм IntelliQuant определяет интенсивность пика аналита, стабильность локального фона пика и вероятность спектральных помех от других элементов, содержищихся в пробе. Инструмент IntelliQuant обеспечивает высококачественные достоверные результаты и при этом не требует от пользователя каких-либо спектроскопических знаний. Даже неопытные операторы могут быть уверены в том, что данные получены на основе измерений без влияния помех и находятся в допустимом диапазоне интенсивности, который можно измерить в режиме «Снимок».

По завершении получения данных о пробе IntelliQuant с помощью функции «звездной» рейтинговой оценки формирует список эмиссионных линий, наиболее оптимальных для проведения количественного определения каждого элемента, присутствующего в пробе. Такая «звездная» оценка каждой эмиссионной линии позволяет исключить любые возможные интерференции (рис. 3).
IntelliQuant автоматически определяет в пробе элементы, которые могут вызывать интерференции, что существенно облегчает выбор для целевых аналитов эмиссионных линий, свободных от наложений, что в дальнейшем используется для создания отчетов и настройки метода количественного определения элементов. Эмиссионные линии, подверженные возможному влиянию интерференций, отмечаются меньшим количеством звезд. Потенциальные интерференции можно увидеть в программном обеспечении при наведении курсора на красный знак вопроса. Кроме того, эта система помогает пользователям исключать из отчетов результаты, искаженные помехами.

Рис. 3. Звездная рейтинговая система.png

Рис. 3. Звездная рейтинговая система выбора наиболее оптимальных эмиссионных линий аналита системой IntelliQuant

В качестве примера можно привести определение мышьяка в почвах по методике US EPA 6010, которая рекомендует использовать для количественного определения As эмиссионную линию 193,696 нм.

В отсутствии алюминия в образцах определению мышьяка по линии 193,696 нм ничего не мешает, фон низкий, что позволяет определять As с высокой чувствительностью и точностью (рис. 4).

Рис. 4. Количественное определение мышьяка.png

Рис. 4. Количественное определение мышьяка в образце почвы по эмиссионной линии 193,696 нм в отсутствии алюминия

Присутствие алюминия в образце мешает определению мышьяка, значительно повышает фон и при количественном определении As по линии 193,696 нм приводит к заниженным  результатам (рис. 5, табл. 1).

Рис. 5. Определение мышьяка в образце.png

Рис. 5. Определение мышьяка в образце почвы по эмиссионной линии 193,696 нм на фоне 5000 ppm алюминия

Название образца Al 266,039 нм,% As 188,980 нм,ppm As 193,696 нм,ppm As 197,198 нм,ppm
Образец почвы + 0 ppm Al 2,4 114,25 114,83 118,44
Образец почвы + 500 ppm Al 7,37 113,48 112,27 121,05
Образец почвы + 1000 ppm Al 12,51 115,25 111,98 124,24
Образец почвы + 2500 ppm Al 26,82 114,83 103,18 131,14*
Образец почвы + 5000 ppm Al 49,16 111,13 89,72* 140,00*
Табл. 1. Определение мышьяка в образцах почвы в присутствии алюминия

По результатам предварительного анализа проб IntelliQuant выдает рекомендации по выбору оптимальной эмиссионной линии для количественного определения мышьяка в образцах почв в присутствии алюминия (рис. 6, табл. 2).

Рис. 6. Рекомендации IntelliQuant по.png

Рис. 6. Рекомендации IntelliQuant по выбору оптимальной эмиссионной линии для количественного определения мышьяка в образцах почв в присутствии алюминия

Название образца As 188 нм As 193 нм As 197 нм Комментарии
Образец почвы + 0 ppm Al ««««« «««« « As 197: возможны интерференции от V 197,199 nm
Образец почвы + 500 ppm Al ««««« ««« «««  
Образец почвы + 1000 ppm Al «««« «« «««  
Образец почвы + 2500 ppm Al «««« « « As 197: выброс по концентрации
Образец почвы + 5000 ppm Al ««« « « As 197: выброс по концентрации
Табл. 2. «Звездный» рейтинг эмиссионных линий мышьяка при его определении в почве в присутствии алюминия

Данный подход применим и к любым другим пробам, другим аналитам и другим матрицам — IntelliQuant в полностью автоматическом режиме определит в пробе элементы, которые могут вызывать интерференции для целевых аналитов, и позволит сделать выбор эмиссионных линий аналита свободных от наложений. Соответственно, обеспечит точное количественное определение элементов в пробах с самыми сложными матрицами.

Метод ИСП-ОЭС часто применяется для предварительного полуколичественного анализа. Предварительный полуколичественный анализ используется для сравнения относительных значений концентраций элементов между партиями проб, оценки изменений содержания целевых компонентов в растворах, происходящих с течением времени, а также для определения границ градуировки по каждому из аналитов для более точного их количественного определения в последующем анализе. 

Пакет IntelliQuant Screening позволяет проводить быстрый полуколичественный анализ проб любой сложности и за 10–15 сек. идентифицировать, рассчитать и выдать данные о примерном содержании для более чем 70 элементов в неизвестных и неописанных пробах, что делает эту систему идеальным инструментом для скрининга образцов минерального сырья и рудных материалов, а также продуктов их переработки.

В ходе проведения быстрого полуколичественного анализа результаты отоб ражаются в виде периодической таблицы — «термокарты» и выделяются различными цветами, что позволяет пользователям сразу видеть присутствующие элементы и их примерную концентрацию (рис. 7).

Рис. 7. Пример визуализации результатов.png

Рис. 7. Пример визуализации результатов скрининга образцов в системе IntelliQuant

В настройках «по умолчанию» элементы с низкой концентрацией отображаются желтым цветом, в средней — оранжевым, в высокой — красным. Эти настройки могут быть изменены пользователем по своему усмотрению.

Функция IntelliQuant Smart Views позволяет использовать дополнительные графики для анализа тенденций. Новые возможности визуализации включают гистограмму и круговую диаграмму. Оператор может быстро переключаться между представлением результатов в виде кривой изменения концентрации и представлением в виде процентов от общего проанализированного содержимого проб. На рисунке 8 показаны результаты полуколичественного определения некоторых элементов в стандартном эталонном материале промышленного осадка NIST 2782 в виде процентного содержания в образце. Визуализация результатов позволяет пользователям быстро определять аномальные значения и их причину.

Табл. 8. Результаты полуколичественного.png

Табл. 8. Результаты полуколичественного анализа стандартного эталонного материала промышленного осадка NIST 2782

При анализе малоизученных проб с помощью вновь созданного метода количественного определения элементов можно параллельно продолжать их анализ с использованием IntelliQuant. Данные IntelliQuant позволят лучше исследовать возникающие помехи, которые могли отсутствовать в пробах на момент разработки метода. Эти аналитические данные помогут усовершенствовать метод за счет выбора дополнительных длин волн или устранить обнаруженные спектральные помехи с помощью метода скоростной автоматической аппроксимации кривых (FACT) или метода поправки на межэлементное влияние (IEC).

Если результаты слишком высокие, это может быть связано со спектральными помехами со стороны другого элемента. Если результаты низкие, а тем более слишком низкие, то это уже может быть связано с ошибкой при пробоподготовке или с неправильным подбором кислот для вскрытия проб. IntelliQuant позволяет выявлять подобные проблемы.

Например, результат количественного определения бария оказался ниже ожидаемого. Не исключено, что высокий уровень сульфатов в пробе мог вызвать осаждение бария еще до начала измерения. Сера может не определяться в рамках количественного метода, однако ее можно обнаружить и определить полуколичественным методом с помощью IntelliQuant.

Другой пример — если во время растворения образца добавлено неправильное количество кислоты или, например, вообще забыли добавить соляную кислоту, то это может привести к неправильному разложению образца и в дальнейшем может негативно отразиться на результатах анализа. Данную ошибку очень трудно обнаружить. IntelliQuant позволяет выбрать представление результатов с пометкой, указывающей на низкое содержание или отсутствие хлора в пробах и, соответственно, проконтролировать эффективность разложения образца еще до создания отчета по анализу. Такой же подход может быть использован для большинства кислот, применяемых при разложении образцов.

IntelliQuant — это действительно мощный интеллектуальный инструмент, который позволяет значительно повысить точность при анализе проб горных пород, руд и продуктов их переработки. И хотя IntelliQuant является частью программного обеспечения Agilent 5800/5900 ИСП-АЭС, его возможности не ограничиваются применением только к пробам для ИСП-АЭС. IntelliQuant позволяет проводить интеллектуальную обработку данных в пробах при анализе методами ИСП-МС, ААС и даже для титрования. 

Опубликовано в журнале "Золото и технологии" № 3/сентябрь 2020 г.



Правовое регулирование вывоза аффинированного драгоценного металла или сырья, содержащего драгоценные металлы, из Таможенного союза ЕврАзЭС
Шестисоткратное увеличение платежей за размещение недропользователями отходов добычи с 1 января 2020 года
Последние изменения в российском законодательстве о пользовании недрами
Особенности приобретения права пользования недрами
^ Наверх