Chì là một trong những thành phần cần kiểm soát trong tinh quặng antimon vì nó ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng cũng như giá trị thương mại của loại tinh quặng này. Hàm lượng Pb trong tinh quặng antimon thường chiếm khoảng 0,01-1,0 %. Phương pháp quang phổ phát xạ nguyên tử plasma cao tần cảm ứng ICP-OES là một trong những phương pháp được ứng dụng phổ biến trong xác định thành phần các nguyên tố kim loại trong đa dạng các nền mẫu quặng và tinh quặng. Ngoài độ ổn định và tính chính xác cao, ICP-OES còn cung cấp khoảng tuyến tính rộng và độ nhạy tốt đáp ứng yêu cầu trong xác định các nguyên tố có khoảng hàm lượng rộng như Pb trong tinh quặng antimon.

Trong phép xác định bằng ICP-OES, cường độ vạch phổ của các nguyên tố phụ thuộc vào các thông số sau: công suất máy phát cao tần RF, lưu lượng khí mang mẫu (khí nebulizer N), tốc độ bơm mẫu (P), vì vậy một nghiên cứu chuyên sâu để thiết lập các điều kiện hoạt động lý tưởng trên hệ thống thiết bị ICP-OES là quan trọng nhằm cung cấp một kết quả chính xác và tin cậy.

Hiện nay, theo các tài liệu nghiên cứu khoa học tại Việt Nam đa phần đều ứng dụng phương pháp khảo sát đơn biến để tối ưu các thông số xác định trên hệ thống ICP-OES. Các thông số được tối ưu bằng cách lần lượt khảo sát từng yếu tố ảnh hưởng đến tín hiệu phân tích hay kết quả thử nghiệm trong khi cố định các yếu tố khác. Việc khảo sát điều kiện tối ưu theo phương pháp đơn biến thường đơn giản nhưng kết quả tối ưu thu được chỉ đúng khi các yếu tố khác đã cố định.

Trong thực tế, khi một trong các yếu tố thay đổi thường dẫn đến điều kiện tìm được không còn là điều kiện tối ưu nữa mà đòi hỏi phải khảo sát biến thiên đồng thời các yếu tố. Ngoài ra, phương pháp đơn biến chỉ đánh giá được sự ảnh hưởng của các yếu tố riêng rẽ nhưng không đánh giá được sự ảnh hưởng tương hỗ giữa các yếu tố, đặc biệt trong phương pháp xác định trên hệ thống ICP-OES các thông số có liên quan chặt chẽ với nhau và cùng ảnh hưởng trực tiếp đến cường độ vạch phổ.

Để khắc phục những nhược điểm của phương pháp đơn biến, nghiên cứu này sử dụng phương pháp tối ưu hóa đa biến, cụ thể là phương pháp mặt mục tiêu (RSM), đây là phương pháp đã được ứng dụng phổ biến trên thế giới để tối ưu hóa các điều kiện trên ICP-OES. Phương pháp mặt mục tiêu là tập hợp các kỹ thuật toán học và thống kê sử dụng để mô hình hóa và phân tích trong trường hợp hàm mục tiêu chịu ảnh hưởng của nhiều biến độc lập.
Trong phương pháp này, mối quan hệ giữa hàm mục tiêu và biến độc lập chưa xác định trước, vì vậy cần phải xác định mối quan hệ gần đúng giữa hàm mục tiêu và các biến thông qua phương trình hồi quy bậc 2. Sau khi có mô hình gần đúng, có thể tìm điều kiện tối ưu bằng phương pháp đạo hàm từng biến và cho bằng 0 để tìm điều kiện tối ưu.

Có nhiều phương pháp tìm phương trình hồi quy bậc 2 nhưng phổ biến nhất là 2 phương pháp: ma trận trực giao và ma trận tâm xoay. Trong phương trình hồi quy bậc 2 có bao nhiêu số hạng thì ít nhất có bấy nhiêu phương trình để tìm được các hệ số hồi quy tương ứng cho mỗi số hạng.

Nghiên cứu sẽ tiến hành đánh giá ảnh hưởng của các nguyên tố có thể có trong mẫu phân tích với hàm lượng lớn hơn 0,05 %, ở các mức nồng độ khác nhau đến cường độ phát xạ của Pb. Cố định nồng độ Pb là 2 µg/ml và thay đổi nồng độ của các nguyên tố, As, Ti, Ca, Mg, Al, Fe, Sb... ở 5 mức khác nhau như sau: 0 µg/ml; 5 µg/ml; 50 µg/ml; 100 µg/ml; 200 µg/ml. Tiến hành đo cường độ phát xạ của dung dịch Pb 2 µg/ml trong từng hỗn hợp trên tại các điều kiện đã tối ưu trên ICP-OES.

Kết quả cho thấy hệ số ảnh hưởng của các nguyên tố đối với Pb tại các nồng độ khác nhau đều thấp hơn 5 %, cho thấy các nguyên tố trong dung dịch mẫu ảnh hưởng không đáng kể đến phép xác định Pb.

Dựa theo tính chất hòa tan của Sb và Pb thì dung dịch cường thủy là dung môi phù hợp để phân hủy mẫu. Tuy nhiên vấn đề đặt ra là Sb có tính bazo yếu nên các muối Sb tan trong nước đều rất dễ thủy phân và tạo các muối stibyl khó tan, điều này ảnh hưởng trực tiếp đến kết quả phân tích vì vậy cần phải tiến hành loại bỏ phần lớn Sb ra khỏi dung dịch phân tích.

Theo đó, nghiên cứu đã tiến hành khảo sát lựa chọn loại bỏ Sb trong dung dịch phân tích bằng cách cho bay hơi với HBr. Hiệu suất quá trình bay hơi này lên đến 98-99 %. Điều này không những tránh khỏi quá trình thủy phân của Sb trong dung dịch phân tích ảnh hưởng đến kết quả phân tích Pb, nó còn có ý nghĩa quan trọng là giảm thiểu các tác nhân gây hại đến hệ thống thiết bị ICP-OES. Nghiên cứu đã tiến hành đánh giá quy trình phân tích xác định Pb thông qua mẫu chuẩn tinh quặng antimon và mẫu thêm chuẩn, kết quả cho thấy phương pháp có độ thu hồi tốt (R đạt từ 98-99%) va độ lặp lại cao (RSD <3%)

Nghiên cứu đã tiến hành tối ưu hóa đa biến sử dụng phương pháp mặt mục tiêu tâm xoay để xác định các điều kiện tối ưu đo Pb trên hệ thống ICP-OES. Các kết quả khảo sát cho thấy mô hình thiết kế thí nghiệm phản ánh tương đối đúng với thực nghiệm (R2=0,90), thông số trên ICP-OES đã được tối ưu như sau: công suất nguồn cảm biến RF là 1400 W; lưu lượng khí mang là 0,7 L/phút; tốc độ bơm mẫu là 1,2 ml/phút.

Nghiên cứu đã tiến hành đánh giá phương pháp thông qua độ tuyến tính, độ thu hồi, độ lặp lại và các kết đều cho thấy phương pháp có độ ổn định và tính chính xác cao. Điều này cho thấy các thông số đã được tối ưu xác định Pb trong tinh quặng antimon trên hệ thống ICP-OES đều đáp ứng yêu cầu, có thể ứng dụng sử dụng quy trình phân tích tại phòng thử nghiệm; đáp ứng nhu cầu đánh giá chất lượng tinh quặng antimon phục vụ trong công tác sản xuất antimon tại các doanh nghiệp và yêu cầu xuất nhập khẩu thiếc hàn của các cơ quan quản lý.

Chi tiết, xem tại đây.