電感耦合等離子質譜法測定礦物樣品中多種元素的干擾校正研究

武應凱

（甘肅省有色地質勘查局張掖礦產勘查院，甘肅 張掖 734000）

為了進一步實現對礦山的開發，推進我國地質勘查工程，地質勘查單位成立了專門的礦物樣品研究小組，負責進行礦物樣品中多種元素含量的測定，但在針對某礦區進行采樣分析時發現，獲取的CaCO3巖中，Ca元素的含量較高，而與之相關的其他金屬元素或微量元素的含量校對。為了驗證檢測的結果，技術人員使用電感耦合等離子質譜法，對勘查結果進行了再次驗證。研究中發現CaCO3巖中的Ca基體對于金屬離子與元素的分析，存在顯著的增強或降低趨勢，此種現象會對基體元素含量的測定造成干預[1]。為了解決此種干擾現象，有關技術研究部門提出一種針對CaCO3巖的專項檢測方法，盡管制定專項檢測方案可在一定程度上降低外界多種因素對測定過程與測定結果的影響，但檢測過程過于復雜，適用性不高。同時，設計的檢測方法專項性較強，僅適用于CaCO3巖的元素測定，無法適用于其他類型的礦床。因此，要從源頭解決問題，還需要從電感耦合等離子質譜法的檢測流程入手，結合測定需求，設計一種針對礦物樣品中多種元素測定的干擾校正方法，以此種方式，提高檢測結果的準確性，降低在電感耦合等離子質譜法測定礦物樣品過程中，不同因素對基體含量測定結果的影響，為礦山工程與地質勘查工作的有序實施提供技術指導。

1 電感耦合等離子質譜法測定礦物樣品中多種元素的干擾校正方法設計

1.1 選擇電感耦合等離子質譜法測定儀器與消解試劑

為了實現對礦物樣品中多種元素含量的準確測定，需要在相關工作前，進行檢測樣品的制備，并在此基礎上，選擇適用于電感耦合等離子質譜法測定工作實施的儀器設備與消解試劑。因此，在本文的研究中，選擇的電感耦合等離子質譜法測定儀器為美國Thermo公司開發的X-Series型號儀器，在完成對測定儀器的標準化安裝后，按照其標準的工作參數，進行測定環境的規劃。測定儀器工作參數如下表1所示。

表1 電感耦合等離子質譜儀器工作參數

在確保電感耦合等離子質譜儀器工作條件滿足標準化測定需求后，考慮到礦物樣品需要經過消解處理才能實現其中多種元素的準確測定。因此，下述將對測定過程中的消解試劑進行制備[2]。在對礦物樣品中多種元素測定結果的研究中發現，造成測定結果與實際結果存在偏差的主要原因是制備的試劑均勻性較差，無法滿足測定結果平衡性需求。因此可在進行礦物樣品中多種元素的測定時，選擇王水、王水+HClO4、濃硝酸等試劑作為消解試劑的主要成分。為了提高測定過程的操作便捷性，本次測定選擇的消解試劑為硝酸試劑，將測定的樣本與硝酸試劑進行融合，使用攪拌棒對其進行充分攪拌，確保消解試劑與樣本完全融合后，將樣本溶液靜置20.0min～25.0min。此時，樣本中不發生熔化反應的物質逐步降低，在此基礎上，持續在樣本試劑中加入王水，對礦山樣本溶液進行深度消解，按照此種測定方式，便可以在一定程度上避免由于消解試劑使用與操作不當造成的測定結果與實際結果存在偏差。

1.2 設計測定礦物樣品中多種元素的干擾校正方程

使用電感耦合等離子質譜法測定礦物樣品中多種元素的含量時，測定過程會受到樣品中單原子與多原子的質譜干擾。以鈀元素為例，此金屬元素在進行質譜檢測時，會受到40105Ar65Cu+（0.004%）、106Cd32An+（0.003%）等物質的影響，為了降低此種干預與影響，可在測定過程中，進行干擾性元素的提取，并針對不同金屬元素的特性，設計干擾校正方程。

在此過程中，可將礦物樣品中多種元素按照標準的測定比例，制備成具有組成相近的混合溶液試劑，并使用Relative%方程，進行混合溶液試劑的同位元素誤差消除。當Relative%方程的計算結果大于100.0%時，證明此時的樣本試劑中存在較多的干擾性元素，對基體含量的檢測已造成嚴重干預；當Relative%方程計算結果小于15.0%時，證明此時樣本試劑中不存在干擾性元素，屬于理想測定樣本。以鈀元素為例，假設此時鈀元素的Relative%方程計算結果為55.0%，證明樣本溶液中存在影響基體測定結果的異常金屬元素，為了實現對測定結果誤差的校正，需要參照設定方程的標準化表達方式，構建一個針對測定結果的干擾方程，方程表達式如下：

公式（1）中：[]x M表示為/m z x=位置處，質譜信號總強度對應的檢測結果濃度值。在建立干擾校正方程時，已知Pd的干擾因素包括Cd元素、Zn元素、Ar元素、Mo元素、O元素，因此，可根據不同干擾元素對應的同位素位數，進行其干擾校正方程的設計。

在完成上述相關研究后，考慮到樣本試劑中可能存在同量異位的元素，此種元素會與測定基體發生離子質量分數的融合，導致質譜檢測結果出現重疊的問題。因此，需要在排除測定結果干擾項后，從元素豐度進行同位元素干擾的排除[3]。根據元素周期表與同位元素的峰值變化趨勢可知，Cr元素（64）、Ti元素（50）、Ni元素（64）、Zn元素（64）、V元素（50）均屬于測定過程中的干擾項。而在測定結果中，需要通過對此元素進行專項測定，即排除礦山樣品測定溶液中存在干擾元素，假定在檢測過程中，發現測定溶液中不存在干擾性元素，可直接將此樣本導入儀器，采用標準化測定的方式進行礦物樣本中多種元素的檢測。反之，在檢測過程中，發現測定溶液中存在干擾性元素，需要采用專項處理手段進行干擾元素的排除。例如，將游離的Zn離子制備成氧化物后過濾，按照此種方式，排除同位元素對其測定結果的重疊干預，實現對電感耦合等離子質譜法測定礦物樣品中多種元素的干擾校正。

2 應用效果分析

結合本文上述論述，從理論角度實現對干擾校正方法的理論設計，為進一步驗證該方法在實際應用中的效果，將該干擾校正方法應用到真實的礦物測定環境當中，針對含有多種元素的礦物樣品，對其各個元素含量進行測定和校正。選擇具有代表性的礦山碳酸鹽巖樣品作為測定對象，該礦物具有較高的利用價值，對其包含元素的含量測定具有重大意義。在測定前，首先針對電感耦合等離子質譜儀的各個工作參數進行設定，按照本文上述設定完成，不進行過多贅述。按照本文上述步驟，將制備的測定樣品放置在105°C溫度的干燥環境中1.5h。首先，在沒有干擾的條件下，對測定樣本中各元素含量進行測定，并得到如表2所示的測定結果。

表2 無干擾條件下測定樣品各元素含量測定結果

在表2無干擾條件下得出的測定樣品各元素結果基礎上，利用本文提出的干擾校正方法，在人為增加干擾條件下得出的測定結果進行記錄，并將其與表2中數據進行對比，計算二者之間的差值，其公式為：

公式（2）中，σ表示為差值；μ表示為表2中無干擾條件下得出的測定結果；'μ表示為干擾條件下利用本文干擾校正方法測定得出的結果數據。根據上述公式，計算得出兩組數據的差值，并將其繪制成如圖1所示的實驗結果對比圖。

圖1 干擾條件下測定結果與無干擾測定結果對比差值

從圖1得出的結果可以看出，在存在干擾條件下，通過本文設計的干擾校正方法能夠有效降低結果與無干擾測定結果之間的差值，說明本文干擾校正方法具有良好的校正效果，可以在復雜測定條件下對礦物樣品進行更加高精度的測定提供保障條件。

3 結語

礦物樣品是地質勘查人員與相關地質工作者，通過實地調查與針對性采樣等方式，獲取的地質結構材料，屬于一種研究性價值較高的樣品，使用多種檢測手段，對獲取的礦物樣品進行多種元素的分析，不僅可以為地質勘查人員的技術研究成果進行驗證，同時也可以在一定程度上為圈定地區金屬元素物質分布提供依據。為了提高地質樣本金屬物質含量的準確性，開展了電感耦合等離子質譜法測定礦物樣品中多種元素的干擾校正方法的研究，通過合理選擇消解試劑、測定儀器，設計干擾校正方程，并通過測定礦物樣品中多種元素對應同位元素的方法，實現對測定結果的校正。在完成此次設計后，本文通過實例應用的方式，對此方法的干擾校正效果進行了驗證，并證明了設計的方法具有較高的可操作性，可為我國礦山工程與地質勘查作業等工作的實施提供決策支持。