GCMS測定法在土壤金屬礦勘查中的應(yīng)用

康波波

（安徽省地勘局第一水文工程地質(zhì)勘查院，安徽 蚌埠 233000）

土壤中含有大量金屬元素，對其成分、濃度進(jìn)行有效測定，可以為勘查金屬礦提供依據(jù)。在此環(huán)節(jié)，研究人員需要從勘查區(qū)域之中采集土壤樣本，并且基于合適的檢測手段完成土壤成分分析。GCMS測定法是一種常用于土壤污染物檢測分析的技術(shù)，利用該技術(shù)可以充分滿足土壤金屬礦勘查需求。

1 GCMS測定法概述

GCMS測定法全稱氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用測定法，是一種被廣泛應(yīng)用在環(huán)保、電子、醫(yī)藥、食品安全等行業(yè)的檢測技術(shù)，可為環(huán)境有機(jī)污染物分析、藥物殘留檢測分析、香精香氣成分檢測分析以及紡織品有害物質(zhì)檢測分析提供技術(shù)支持。

在使用GCMS測定法時(shí)，技術(shù)人員需要借助氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀完成樣品測定，該儀器主要由真空系統(tǒng)、進(jìn)樣系統(tǒng)、離子源、質(zhì)量分析器、檢測器和數(shù)據(jù)采集與儀器控制工作站組合而成。目前，氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀普遍具有良好的數(shù)據(jù)采集功能、數(shù)據(jù)處理功能和操作便捷性，基于此可準(zhǔn)確的定性、定量結(jié)果數(shù)據(jù)，還能集成NIST譜圖檢索功能，可為提高樣品檢測分析質(zhì)效提供保障[1]。

在實(shí)際應(yīng)用環(huán)節(jié)，當(dāng)混合樣品進(jìn)入色譜柱以后，其內(nèi)部成分會(huì)在吸附劑的作用下形成運(yùn)行速度差，其中吸附力弱的成分容易解吸，最終離開色譜柱進(jìn)入檢測器，組分吸附力越強(qiáng)離開色譜柱的時(shí)間就越長。當(dāng)樣品中的所有組分被分離后依次進(jìn)入檢測器時(shí)，檢測儀器會(huì)完整而清晰地記錄相關(guān)數(shù)據(jù)，從而為有效分析提供輔助。以上，就是GCMS測定法的主要應(yīng)用原理。

2 土壤金屬礦勘查技術(shù)

2.1 前期踏勘準(zhǔn)備

一方面，在土壤金屬礦勘查中前期踏勘環(huán)節(jié)的調(diào)查結(jié)果將直接影響到后續(xù)設(shè)計(jì)階段的工作布置情況，例如倘若未能針對擬工作區(qū)范圍內(nèi)第四紀(jì)覆蓋物的類型進(jìn)行全面調(diào)查掌握，未能收集關(guān)于第四紀(jì)覆蓋物厚度的完整資料，可能導(dǎo)致選取覆蓋物厚度超過2m的區(qū)域進(jìn)行土壤金屬礦的勘測，影響到實(shí)際測量結(jié)果精度。另一方面，在設(shè)計(jì)階段需做好擬工作區(qū)成礦規(guī)律、礦床特征以及平面展布特征的調(diào)查，便于識(shí)別出勘探目標(biāo)體存在的異常信息，避免為后續(xù)勘查環(huán)節(jié)留下安全隱患。

2.2 粒級試驗(yàn)結(jié)果

通常不同土壤的粒級組成存在顯著差異，需通過開展粒級試驗(yàn)進(jìn)行主成礦元素粒級特征的判斷，否則將干擾待測金屬礦的測量結(jié)果，導(dǎo)致加工成品的粒級非自然粒級。

2.3 采樣控制精度

土壤采樣是調(diào)查了解土壤結(jié)構(gòu)類型的前提條件，以母質(zhì)層為代表的層級其埋藏深度與覆蓋厚度往往成正比，而不同測區(qū)的覆蓋物厚度存在一定差異，為采樣環(huán)節(jié)的指標(biāo)控制帶來較大難度。

當(dāng)前主要采用層位控制采樣方法進(jìn)行采樣控制，但還需結(jié)合覆蓋物的厚度指標(biāo)進(jìn)行采樣工具的合理選擇與采樣方法的科學(xué)使用，同時(shí)對于采樣人員的專業(yè)度提出較高要求，倘若采樣人員缺乏專業(yè)知識(shí)基礎(chǔ)，在實(shí)際采集樣品環(huán)節(jié)可能無法有效甄別并采集到符合要求的層位樣品，對金屬礦勘查工作實(shí)效構(gòu)成影響。

3 土壤金屬礦勘查中的GCMS測定法應(yīng)用要點(diǎn)

在基于GCMS測定法勘查金屬礦時(shí)，相關(guān)工作人員應(yīng)該對樣品土壤做好定性與定量分析，以便于獲得準(zhǔn)確數(shù)據(jù)。為此，我們對GCMS測定法在土壤金屬礦勘查中的應(yīng)用要點(diǎn)進(jìn)行了論述。

3.1 儀器選用

應(yīng)用GCMS測定法時(shí)，必須選用氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀。當(dāng)然，為保證樣品前處理和測定效果，相關(guān)工作人員還應(yīng)該合理選用作用在其他程序的儀器。在實(shí)踐中，可選用GCMS-QP2020 NX或PE GCMS CLARUS600/560S作為土壤金屬礦勘查的GCMS檢測儀器。在選定檢測儀器后，相關(guān)工作人員需要明確儀器組成并完成儀器性能、參數(shù)的檢驗(yàn)，從而保證檢測儀器的可用性。

此時(shí)，相關(guān)工作人員還應(yīng)該從實(shí)際出發(fā)，對氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀的數(shù)據(jù)采集模式也就是檢測方法進(jìn)行調(diào)整，為提高土壤成分檢測科學(xué)性和準(zhǔn)確性做好準(zhǔn)備[2]。比如，基于全程掃描模式（總離子流色譜法）開展定性檢測；基于選擇性離子檢測模式開展定量檢測。此外，金屬礦勘查人員還應(yīng)該合理做好質(zhì)量分析器的選用工作。比如，合理選用飛行時(shí)間質(zhì)量分析器、離子阱質(zhì)量分析器、四級質(zhì)量分析器等。

3.2 樣品前處理

利用GCMS測定法勘查金屬礦時(shí)，相關(guān)工作人員必須合理制備樣品，才能保證檢測結(jié)果準(zhǔn)確性。在制備樣品前，檢測人員需要先做好土壤樣品采集工作。比如，進(jìn)入待檢測區(qū)域直接采集當(dāng)?shù)?0cm深度土壤作為檢測樣本。而后，還需要對已獲得的土壤進(jìn)行前期處理，進(jìn)而制備出可用的GCMS檢測樣品。在此環(huán)節(jié)，可選用以下幾種方法開展樣品前處理：

（1）溶劑萃取。此時(shí)可基于液-固萃取或索氏提取法完成待測土壤樣品的前處理，為提高測定精確度和靈敏性奠定基礎(chǔ)。不過，這種萃取方法存在耗用量大、提取時(shí)間長和易引入新雜質(zhì)的缺陷，若操作不當(dāng)會(huì)對檢測精確度和回收率造成影響。

（2）微波萃取。這種樣品前處理方法是萃取法與微波技術(shù)結(jié)合下的產(chǎn)物，能夠?yàn)樘岣邩悠分苽滟|(zhì)效提供保障。在實(shí)踐中，身處于微波場當(dāng)中的物質(zhì)之間存在介電常數(shù)差異，所以他們對微波能的吸收程度不同，自產(chǎn)熱能和向周圍傳遞的熱能也不同，因此基于微波技術(shù)會(huì)造成萃取體系中的組分受熱不均衡。在利用微波萃取法制備土壤樣品時(shí)，其中的水、堿、乙醇、鹽等物質(zhì)能將微波能轉(zhuǎn)化為熱能，在吸收微波的基礎(chǔ)上提高自身與周圍的熱度；而非極性分子結(jié)構(gòu)物則會(huì)少量吸收微波能，金屬類物質(zhì)將反射微波[3]。基于此，檢測人員可快速判斷樣品中是否含有金屬類元素，可有效節(jié)約時(shí)間與試劑，更能提升樣品制備精度與回收率。

（3）固相微萃取。固相微萃取源自于固相萃取，其技術(shù)原理是依照物質(zhì)與溶劑之間的相似相溶性質(zhì)，給予色譜固定相的吸附作用，實(shí)現(xiàn)組分萃取富集，從而完成樣品前處理。

3.3 定量分析

基于GCMS測定法勘查土壤金屬礦時(shí)，需要合理選用定量分析法，從而為有效確定土壤中的金屬元素含量奠定基礎(chǔ)。現(xiàn)階段，常用的GCMS定量分析法有兩種，其一是外標(biāo)法；其二是內(nèi)標(biāo)法。

（1）外標(biāo)法。應(yīng)用外標(biāo)法，將以樣品中的待測組分純品作為標(biāo)準(zhǔn)樣品，然后通過比較樣品和標(biāo)準(zhǔn)樣品中待測組分的響應(yīng)信號，來完成定量分析。在實(shí)際應(yīng)用環(huán)節(jié)外標(biāo)法共分為兩種應(yīng)用類型，一種是工作曲線法，應(yīng)用時(shí)需基于被測品標(biāo)樣配制多種濃度的對照品溶液進(jìn)而確定工作曲線、求取斜率和截距，再通過利用曲線確定樣品中的組分濃度；另一種是外標(biāo)一點(diǎn)法，將通過測量相同條件下的樣品組分峰面積均值，計(jì)算樣品組分含量。

（2）內(nèi)標(biāo)法。使用這種方法開展定量分析時(shí)，應(yīng)將樣品沒有的純物質(zhì)選為內(nèi)標(biāo)物，并將其加入樣品溶液，然后對比內(nèi)標(biāo)物與待測成分的相應(yīng)信號，確定待測成分含量。內(nèi)標(biāo)物定量的結(jié)果不受進(jìn)樣量重復(fù)性的影響，而且只要被測物與內(nèi)標(biāo)物出峰且分離度達(dá)標(biāo)就可以完成定量檢測。不過，在選擇內(nèi)標(biāo)物時(shí)，必須確定被測樣品中不含有該物質(zhì)，而且它應(yīng)該是純度達(dá)標(biāo)的純物質(zhì)。雖然，內(nèi)標(biāo)法的定量分析結(jié)果準(zhǔn)確性較高，但是這種方法也存在內(nèi)標(biāo)物不易獲得、樣品配置難度高的問題，所以相關(guān)工作人員需要根據(jù)實(shí)際需要謹(jǐn)慎選用。

4 結(jié)論

綜上所述，借助于GCMS測定法開展土壤金屬礦勘查，有助于提高金屬礦勘查的準(zhǔn)確性、便捷性和經(jīng)濟(jì)性，能為提高檢測工作整體質(zhì)效奠定基礎(chǔ)。

為保證GCMS測定法的應(yīng)用效果，相關(guān)工作人員需要基于實(shí)際需求選定檢測儀器并且在檢測環(huán)節(jié)保證操作規(guī)范、流程完整。