eng
Выпуск #3/2024
М. И. Мельник
Новый подход к повышению точности анализа проб методом ИСП-АЭС при разведке, добыче и переработке твердых полезных ископаемых
Новый подход к повышению точности анализа проб методом ИСП-АЭС при разведке, добыче и переработке твердых полезных ископаемых
Просмотры: 589
*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 (ИСП-АЭС). 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 проведении 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 оптимальную длину волны, которая обеспечит лучший результат для каждого элемента.
Теги: data reliability icp-aes intelligent software package intelliquant precious metals solid minerals благородные металлы достоверность данных интеллектуальный программный пакет intelliquant исп-аэс твердые полезные ископаемые
Новый подход к повышению точности анализа проб
методом ИСП-АЭС при разведке,
добыче и переработке
твердых полезных ископаемых
М. И. Мельник
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 (ИСП-АЭС).
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 оптимальную длину волны, которая обеспечит лучший результат для каждого элемента.
Ключевые слова: благородные металлы, твердые полезные ископаемые, достоверность данных, ИСП-АЭС, интеллектуальный программный пакет IntelliQuant
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.
Широкое 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 факторов, среди которых химическая подготовка образцов к анализу, так как 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 при анализе проб со сложной матрицей. И нельзя забывать про еще один источник ошибок и погрешностей – человеческий фактор. Все эти проблемы зачастую приводят к необходимости повторных анализов.
Онлайн-опрос более 200 лабораторий показал, что они выполняют повторный анализ в среднем до 15% всех проанализированных на ИСП-АЭС проб. Можно перечислить множество причин, вызывающих сомнения 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-АЭС Agilent 5800 и 5900 (рис. 1), который позволяет лучше понимать элементный состав пробы и решать проблемы, перечисленные выше. Программный пакет IntelliQuant можно использовать для совершенствования традиционных методик количественного определения элементов или для получения полуколичественных результатов в короткий срок с минимальными настройками.
При 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 рис. 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.
После завершения исследования полного спектра каждой пробы инструмент IntelliQuant проверяет данные и автоматически выбирает 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, содержащихся в пробе. Инструмент IntelliQuant обеспечивает высококачественные достоверные результаты и при этом не требует от пользователя каких-либо спектроскопических знаний. Даже неопытный оператор может быть уверен в том, что данные получены на основе измерений без влияния помех и находятся в допустимом диапазоне интенсивности, который можно измерить в режиме «Снимок».
Получив данные о пробе, IntelliQuant с помощью функции так называемой звездочной рейтинговой оценки формирует список эмиссионных линий, оптимальных для проведения количественного определения каждого элемента, присутствующего в пробе. Такая оценка каждой эмиссионной линии позволяет исключить любые возможные интерференции (см. рис. 3). IntelliQuant автоматически определяет в пробе элементы, которые могут интерферировать, что существенно облегчает выбор для целевых аналитов эмиссионных линий свободных от наложений и в дальнейшем используется для создания отчетов и настройки метода количественного определения элементов. Эмиссионные линии подверженные возможному влиянию интерференций отмечаются меньшим числом 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.
В качестве примера можно привести определение мышьяка в почвах по методике US EPA 6010, которая рекомендует использовать для количественного определения As эмиссионную линию 193,695 нм.
В отсутствие алюминия в образцах определению мышьяка по линии 193,695 нм ничего не мешает, фон низкий, что позволяет определять As с высокой чувствительностью и точностью (рис. 4).
Присутствие алюминия в образце мешает определению мышьяка, значительно повышает фон и при количественном определении As по линии 193,695 нм приводит к заниженным результатам (рис. 5, табл. 1).
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).
Описанный подход применим к любым пробам, аналитам и матрицам – IntelliQuant в полностью автоматическом режиме определит в пробе элементы, которые могут вызывать интерференции для целевых аналитов, и предложит выбор эмиссионных линий, свободных от наложений. Соответственно, обеспечит точное количественное определение элементов в пробах с самыми сложными матрицами.
Метод ИСП-АЭС часто применяют для предварительного полуколичественного анализа, который нужен для сравнения относительных значений концентраций элементов между партиями проб, оценки изменений содержания целевых компонентов в растворах, происходящих с течением времени, а также определения границ градуировки по каждому из аналитов для более точного их количественного определения в дальнейших исследованиях.
Пакет IntelliQuant Screening позволяет проводить быстрый полуколичественный анализ проб любой сложности и за 10–15 с 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.
В ходе быстрого полуколичественного анализа результаты отображаются в виде периодической таблицы – «термокарты» – и выделяются различными цветами. Такая наглядная картина дает представление об элементном составе образца и диапазоне концентраций каждого аналита (рис. 7).
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 рис. 8 показаны результаты полуколичественного определения некоторых элементов в стандартном эталонном материале промышленного осадка NIST 2782 в виде процентного содержания в образце. С помощью визуализации результатов пользователи могут быстро определять аномальные значения и их причины.
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 скоростной автоматической аппроксимации кривых (FACT) или поправки на межэлементное влияние (IEC).
Слишком высокие результаты могут быть связаны со спектральными помехами от другого элемента. Низкие, а тем более, слишком низкие значения концентраций вызваны ошибками при пробоподготовке или 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 – ненадлежащая пробоподготовка. Если во время растворения образца добавлено неправильное количество или совсем не добавили соляную кислоту, это может привести к неправильному разложению образца и в дальнейшем негативно отразиться на результатах анализа. Такую 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.
Авторы / Authors
Мельник Михаил Иванович, ведущий специалист по спектральному оборудованию АО «НПП ИНТЕРПРОЕКТ», Москва, РФ. Область научных интересов: развитие методов элементного анализа, роботизированные аналитические системы.
Melnik Mikhail Ivanovich, leading specialist in spectral equipment of JSC NPP INTERPROJECT, Moscow, Russian Federation. Area of cientific interests: development of elemental analysis methods, robotic analytical systems.
post@intproject.ru
Конфликт интересов/
Conflict of interest
Автор заявляет об отсутствии конфликта интересов.
The author declares that there is no conflict of interest.
Статья поступила в редакцию 03.06.2024
Принята к публикации 17.06.2024
методом ИСП-АЭС при разведке,
добыче и переработке
твердых полезных ископаемых
М. И. Мельник
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 (ИСП-АЭС).
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 оптимальную длину волны, которая обеспечит лучший результат для каждого элемента.
Ключевые слова: благородные металлы, твердые полезные ископаемые, достоверность данных, ИСП-АЭС, интеллектуальный программный пакет IntelliQuant
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.
Широкое 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 факторов, среди которых химическая подготовка образцов к анализу, так как 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 при анализе проб со сложной матрицей. И нельзя забывать про еще один источник ошибок и погрешностей – человеческий фактор. Все эти проблемы зачастую приводят к необходимости повторных анализов.
Онлайн-опрос более 200 лабораторий показал, что они выполняют повторный анализ в среднем до 15% всех проанализированных на ИСП-АЭС проб. Можно перечислить множество причин, вызывающих сомнения 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-АЭС Agilent 5800 и 5900 (рис. 1), который позволяет лучше понимать элементный состав пробы и решать проблемы, перечисленные выше. Программный пакет IntelliQuant можно использовать для совершенствования традиционных методик количественного определения элементов или для получения полуколичественных результатов в короткий срок с минимальными настройками.
При 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 рис. 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.
После завершения исследования полного спектра каждой пробы инструмент IntelliQuant проверяет данные и автоматически выбирает 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, содержащихся в пробе. Инструмент IntelliQuant обеспечивает высококачественные достоверные результаты и при этом не требует от пользователя каких-либо спектроскопических знаний. Даже неопытный оператор может быть уверен в том, что данные получены на основе измерений без влияния помех и находятся в допустимом диапазоне интенсивности, который можно измерить в режиме «Снимок».
Получив данные о пробе, IntelliQuant с помощью функции так называемой звездочной рейтинговой оценки формирует список эмиссионных линий, оптимальных для проведения количественного определения каждого элемента, присутствующего в пробе. Такая оценка каждой эмиссионной линии позволяет исключить любые возможные интерференции (см. рис. 3). IntelliQuant автоматически определяет в пробе элементы, которые могут интерферировать, что существенно облегчает выбор для целевых аналитов эмиссионных линий свободных от наложений и в дальнейшем используется для создания отчетов и настройки метода количественного определения элементов. Эмиссионные линии подверженные возможному влиянию интерференций отмечаются меньшим числом 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.
В качестве примера можно привести определение мышьяка в почвах по методике US EPA 6010, которая рекомендует использовать для количественного определения As эмиссионную линию 193,695 нм.
В отсутствие алюминия в образцах определению мышьяка по линии 193,695 нм ничего не мешает, фон низкий, что позволяет определять As с высокой чувствительностью и точностью (рис. 4).
Присутствие алюминия в образце мешает определению мышьяка, значительно повышает фон и при количественном определении As по линии 193,695 нм приводит к заниженным результатам (рис. 5, табл. 1).
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).
Описанный подход применим к любым пробам, аналитам и матрицам – IntelliQuant в полностью автоматическом режиме определит в пробе элементы, которые могут вызывать интерференции для целевых аналитов, и предложит выбор эмиссионных линий, свободных от наложений. Соответственно, обеспечит точное количественное определение элементов в пробах с самыми сложными матрицами.
Метод ИСП-АЭС часто применяют для предварительного полуколичественного анализа, который нужен для сравнения относительных значений концентраций элементов между партиями проб, оценки изменений содержания целевых компонентов в растворах, происходящих с течением времени, а также определения границ градуировки по каждому из аналитов для более точного их количественного определения в дальнейших исследованиях.
Пакет IntelliQuant Screening позволяет проводить быстрый полуколичественный анализ проб любой сложности и за 10–15 с 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.
В ходе быстрого полуколичественного анализа результаты отображаются в виде периодической таблицы – «термокарты» – и выделяются различными цветами. Такая наглядная картина дает представление об элементном составе образца и диапазоне концентраций каждого аналита (рис. 7).
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 рис. 8 показаны результаты полуколичественного определения некоторых элементов в стандартном эталонном материале промышленного осадка NIST 2782 в виде процентного содержания в образце. С помощью визуализации результатов пользователи могут быстро определять аномальные значения и их причины.
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 скоростной автоматической аппроксимации кривых (FACT) или поправки на межэлементное влияние (IEC).
Слишком высокие результаты могут быть связаны со спектральными помехами от другого элемента. Низкие, а тем более, слишком низкие значения концентраций вызваны ошибками при пробоподготовке или 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 – ненадлежащая пробоподготовка. Если во время растворения образца добавлено неправильное количество или совсем не добавили соляную кислоту, это может привести к неправильному разложению образца и в дальнейшем негативно отразиться на результатах анализа. Такую 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.
Авторы / Authors
Мельник Михаил Иванович, ведущий специалист по спектральному оборудованию АО «НПП ИНТЕРПРОЕКТ», Москва, РФ. Область научных интересов: развитие методов элементного анализа, роботизированные аналитические системы.
Melnik Mikhail Ivanovich, leading specialist in spectral equipment of JSC NPP INTERPROJECT, Moscow, Russian Federation. Area of cientific interests: development of elemental analysis methods, robotic analytical systems.
post@intproject.ru
Конфликт интересов/
Conflict of interest
Автор заявляет об отсутствии конфликта интересов.
The author declares that there is no conflict of interest.
Статья поступила в редакцию 03.06.2024
Принята к публикации 17.06.2024
Отзывы читателей
