地質(zhì)樣品中ICP-MS法測(cè)試稀土元素樣品前處理研究

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（廣東省地質(zhì)局第五地質(zhì)大隊(duì) 廣東 526040）

地質(zhì)樣品中ICP-MS法測(cè)試稀土元素樣品前處理研究

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（廣東省地質(zhì)局第五地質(zhì)大隊(duì) 廣東 526040）

本文對(duì)地質(zhì)樣品中ICP-MS法測(cè)試稀土元素樣品前的處理進(jìn)行了相應(yīng)的研究，經(jīng)過(guò)一系列的研究之后發(fā)現(xiàn)，這種測(cè)試方法有著非常大的優(yōu)勢(shì)，在分析技術(shù)的領(lǐng)域發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。在樣品處理前，有多種因素對(duì)傳統(tǒng)分析法產(chǎn)生影響，使得測(cè)試的結(jié)果不準(zhǔn)確，在這樣的條件之下，相關(guān)的工作人員需要對(duì)不同方法的使用和要求有一定的了解，能夠很好的掌握相關(guān)的內(nèi)容，從而讓測(cè)試的結(jié)構(gòu)更加的準(zhǔn)確，得出的結(jié)論更加清晰。

地質(zhì)樣品；ICP-MS法；稀土元素；樣品

1.前言

在稀土檢測(cè)中經(jīng)常使用到的方法是ICP-MS，本文通過(guò)原子熒光光譜法、火焰原子吸收熒光光譜法和原子發(fā)射光譜法進(jìn)行比較，從而發(fā)現(xiàn)了ICP-MS法測(cè)試稀土元素樣品的時(shí)候有一定的特征，包括檢出限偏低、線性范圍較寬，而且測(cè)試出的元素是比較多的，測(cè)試的成本并不高。地質(zhì)樣品的測(cè)試需要和實(shí)際樣品的特質(zhì)進(jìn)行相應(yīng)的結(jié)合，然后選擇出合適的測(cè)試方法，采取這樣的手段能夠在一定程度上減少試驗(yàn)過(guò)程中產(chǎn)生的污染物，弱化其對(duì)于生態(tài)環(huán)境的破壞，還可以減少成本的投入，更加高效、便捷的達(dá)到測(cè)試的目的。

2.實(shí)驗(yàn)部分

（1）主要的儀器和材料

主要的儀器：ICP-MS、電熱板DRB-3系列、氯化氫、硝酸、雙氧水、硫化氫、電熱鼓風(fēng)干燥箱、微波消解儀。

實(shí)驗(yàn)中需要用到的標(biāo)準(zhǔn)溶液是稀土標(biāo)準(zhǔn)溶液系列。

（2）電熱板敞口溶法消解操作基本步驟

稱取樣品0.2500克，將其放在50毫升的聚四氟乙烯坩堝中，滴進(jìn)幾滴水，讓它保持在濕潤(rùn)的狀態(tài)，然后將5毫升的硝酸、10毫升的鉿和2毫升的硫化氫一次放入其中，在電熱板上放上聚四氟乙烯坩堝，直到硫酸出現(xiàn)冒煙的現(xiàn)象再把它拿下來(lái)。加熱的溫度需要在一定的掌控范圍之內(nèi)，間隔一小時(shí)就需要將溫度上升50度，最高溫度達(dá)到200度，在這個(gè)過(guò)程中，將8毫升的王水加入其中，然后再放到電熱板上加熱，溶液的體積要保持在2毫升到3毫升之間，還需要沖洗杯壁，杯壁的沖洗過(guò)程需要用到10毫升的去離子水，稍微加熱大約7分鐘，溶液呈現(xiàn)清亮的狀態(tài)就可以了。將溶液提取到25毫升有刻度帶塞聚乙烯試管中，然后用去離子水稀釋至刻度，將其搖勻。取1毫升的液體放在10毫升的聚乙烯試管中，用3%的硝酸進(jìn)行稀釋，到刻度即可，然后將其搖勻。

（3）高壓密閉消解操作步驟

稱取樣品0.1000克，將其放在封閉溶樣器的聚四氟乙烯內(nèi)罐中，將1.5毫升的硝酸、2毫升的鉿依次放入，把蓋子蓋好，放在鋼套里。然后把它放在烘干箱中，將它在190度的環(huán)境中放置48小時(shí)。保證溶樣器已經(jīng)冷卻，然后將聚四氟乙烯內(nèi)罐取出來(lái)，再把它放在電熱板上蒸發(fā)到干燥的狀態(tài)。將1毫升的硝酸加入其中蒸發(fā)至干，把這個(gè)步驟再重復(fù)操作一次。再加入5毫升的氯化氫，將其封閉于鋼套中，待在150度的環(huán)境中5個(gè)小時(shí)，將其冷卻，容量維持在25毫升。還要將溶液稀釋4倍，最后進(jìn)行ICP-MS的測(cè)定。

（4）微波消解法操作步驟

稱取樣品0.2000克，將樣品放在微波消解罐中，然后加入4毫升的硝酸放置在里面，浸泡的時(shí)間至少是半小時(shí)，再將2毫升的雙氧水和4毫升的鉿放在里面，接著進(jìn)行消解程序的安裝，完成這一步之后，在罐內(nèi)壓力消除和罐體冷卻的狀態(tài)之下，取出聚四氟乙烯罐，把它敞開(kāi)放在電熱板上，對(duì)其進(jìn)行加熱，加熱的溫度維持在180度，通過(guò)加熱讓鉿揮發(fā)，然后將8毫升的硝酸加入其中，在電熱板上加熱至溶液體積剩余2-3毫升，用去離子水沖洗杯壁，稍微加熱7分鐘，使溶液呈現(xiàn)清亮的狀態(tài)，取下冷卻。再把溶液提取到25毫升帶刻度的聚乙烯試管中，用去離子水稀釋至刻度，搖勻。用移液槍移取清液1毫升放在10毫升的聚乙烯試管中，加入濃硝酸1毫升定容搖勻。

3.結(jié)果與討論

對(duì)GSD-9水系沉積標(biāo)準(zhǔn)樣品、GSS-7土壤標(biāo)準(zhǔn)樣品和GSR-4巖石標(biāo)準(zhǔn)樣品進(jìn)行充分的使用，采取有效的方法開(kāi)展消解工作，達(dá)到消解的目標(biāo)，所采用的消解方法包括三種，分別是電熱板消解、密封容器消解和微波消解，在消解的過(guò)程中，需要將相應(yīng)的物質(zhì)加入其中，所加入的酸要能夠保證樣品充分溶解，并且分別測(cè)得樣品中的15種稀土元素的含量。從實(shí)驗(yàn)的結(jié)果可以看出，在相同的ICP-MS儀器條件之下，得到的檢測(cè)結(jié)果是微波消解法要比電熱板敞口溶法和高壓密閉消解更加的有效，所具有的優(yōu)勢(shì)更加的明顯。

通過(guò)試驗(yàn)可以看出，與傳統(tǒng)電熱板消解法相比較，微波密閉消解有著非常鮮明的優(yōu)勢(shì)，包括了五個(gè)方面。

第一，與傳統(tǒng)的電熱板消解法相比，微波消解法有著更大的優(yōu)勢(shì)，具備一定的特點(diǎn)，包括消解完全、加熱迅速、消解時(shí)間非常短、污染少等等。微波消解酸的沸點(diǎn)是很高的，正是由于這一特性的存在，使得雙氧水的性能增加，而且本來(lái)不能消解的樣品也可以消解了。

第二，傳統(tǒng)電熱板在消解每個(gè)樣品的時(shí)候需要用到的酸是有一定的數(shù)量的，維持在30毫升左右，微波消解法在應(yīng)用的過(guò)程中所需要的酸的數(shù)量在15毫升左右，所用的酸的數(shù)量少的原因是密閉酸溶可以保持酸積，可以在一定程度上減少酸的揮發(fā)，同時(shí)，試劑帶入的雜質(zhì)元素的干擾也減少了，使得空白值明顯變小，將分析的靈敏度進(jìn)行了相應(yīng)的提升。

第三，傳統(tǒng)電熱板的加熱時(shí)間是比較長(zhǎng)的，這一特點(diǎn)使得揮發(fā)性成分大部分到了空氣中，空氣中的很多因素對(duì)其也有著一定的污染，加熱的過(guò)程中通常是幾個(gè)杯子放在一起加熱，那么，就使得交叉感染的問(wèn)題出現(xiàn)了。在這一方面，微波加熱也有它的優(yōu)勢(shì)，變熱的過(guò)程是在密閉的空間中進(jìn)行的，將污染的可能性大大降低了，回收率是非常高額的。同時(shí)，微波加熱的方式在操作方面也有著突出的特征，操作簡(jiǎn)便、效率高，對(duì)于分析的準(zhǔn)確度和靈敏性的提高也有著非常大的幫助。

第四，微波消解方法的應(yīng)用是在封閉空間中進(jìn)行的，那么，對(duì)于酸的使用就在一定程度上降低了，而且操作是非常簡(jiǎn)便的，并不像傳統(tǒng)的消解法那樣的費(fèi)時(shí)費(fèi)力，所呈現(xiàn)出的效果也是非常好的。與敞口電熱板相比，微波消解法的勞動(dòng)強(qiáng)度有了很大程度的降低。

第五，微波消解的方法所需要用到的時(shí)間是比較短的，在一定程度上節(jié)省了電，所需要投入的成本也減少了。

微波消解的特征是非常鮮明的，包括污染小、準(zhǔn)確度高、速度快等，在地質(zhì)樣品的消解中發(fā)揮著重要的作用，是非常適合的一種消解的方法。本實(shí)驗(yàn)選用微波消解法來(lái)進(jìn)行樣品前處理。地質(zhì)樣品可以選用硝酸、高氯酸和鉿或者是硝酸、硫化氫和鉿等混合酸溶礦。不過(guò)，微波密閉消解是在完全封閉的狀況下進(jìn)行的，例如，在果酸體系中含有高氯酸，在分析的過(guò)程中，進(jìn)行加熱的時(shí)候，高氯酸就會(huì)分解膨脹，導(dǎo)致嚴(yán)重的安全問(wèn)題的產(chǎn)生，硫化氫的粘度是比較大的，不能很好的進(jìn)行封閉消解。除此之外，硫化氫和高氯酸的主要作用是將酸的沸點(diǎn)進(jìn)行相應(yīng)的提高，利用微波消解這種方法是可以實(shí)現(xiàn)的。非常多的硅酸鹽、氧化物和有機(jī)沉淀物在地質(zhì)樣品中，在這樣的條件之下，分解時(shí)并不能將其完全分解，在一定程度上抑制了被測(cè)稀土元素的溶出，鉿、雙氧水可以把硅酸鹽和氧化物完全分解，適合稀土的分析測(cè)試。將樣品的充分溶解作為重要的基礎(chǔ)和前提，最少的混酸為原則，本實(shí)驗(yàn)所選擇的方式是硝酸、鉿和雙氧水酸體系溶解樣品。

4.結(jié)論和建議

本文通過(guò)試驗(yàn)對(duì)電熱板敞口溶法、高壓密閉法和微波消解法對(duì)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)巖石GSR-4、土壤GSS-7和水系沉積GSD-9進(jìn)行了溶樣比較，從研究中發(fā)現(xiàn)，在本文的相關(guān)方法中，微波消解法和硝酸、鉿、雙氧水酸體系對(duì)于樣品的處理是最為有效的，與其他的方法相比，這兩種所發(fā)揮的作用是最大的，也是最為合適的。這種消解的方法可以減少酸的用量、減低勞動(dòng)的強(qiáng)度、減少空氣的污染、節(jié)約成本等等。不過(guò)，這種方法也有著一定的缺點(diǎn)，其中有一些地質(zhì)樣品是不適合采用密封容器的，容易發(fā)生安全事故。在這樣的條件之下，需要做好相應(yīng)的準(zhǔn)備工作，與實(shí)際進(jìn)行充分的結(jié)合，避免安全事故的發(fā)生，對(duì)于人們的生命和財(cái)產(chǎn)安全要做到足夠的重視。對(duì)微波消解法和酸體系進(jìn)行充分的應(yīng)用，降低危險(xiǎn)發(fā)生的概率。

微波消解法有著相應(yīng)的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)，速度快、污染小等等，在將來(lái)的工作中，可以實(shí)現(xiàn)非常廣泛的應(yīng)用，能夠在動(dòng)物、植物和微生物等樣品的前處理中對(duì)其進(jìn)行充分的應(yīng)用，將其作用發(fā)揮到最大，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的目標(biāo)。

對(duì)于地質(zhì)樣品中稀土元素的測(cè)試是一個(gè)非常重要的部分，但是，在將來(lái)的工作過(guò)程中，還可以對(duì)不同的元素進(jìn)行相應(yīng)的測(cè)量，發(fā)現(xiàn)其中更多的元素，實(shí)現(xiàn)更加廣泛、深入地應(yīng)用。工作的重點(diǎn)需要進(jìn)行相關(guān)的轉(zhuǎn)變，接下來(lái)的工作重點(diǎn)應(yīng)該放在研究最佳條件上面，使微波消解法能夠同時(shí)把其他的元素消解出來(lái)。

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劉俊英（1984～），女，廣東省地質(zhì)局第五地質(zhì)大隊(duì)，研究方向：地質(zhì)實(shí)驗(yàn)測(cè)試。

(責(zé)任編輯 李田田)

Study of the Processing Before Testing the Rare Earth Element Sample of Geological Sample by ICP-MS Method

Liu Junying

（No. 5 Geological Team, Guangdong Bureau of Geology, Guangdong, 526040）

In this paper, it takes corresponding study of the processing before testing the rare earth element sample of geological sample by ICP-MS method, after a series of researches, we found that the testing method has great advantage and it plays a great role in the field of analysis technology. Before the sample processing, there are many factors influencing the traditional analysis method, which causes that the testing result is not accurate, under such condition, the relevant staff need to have certain understanding of the using and requires of different methods so that to have a good mastering of the related content and make the testing result be more accurate, finally, make the conclusion be more clear.

geological sample；ICP-MS method；rare earth element；ample

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