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ICP-MS 测定铝土矿中的稀土元素 摘要简单比较了目前常用的几种分析测试技术,重点介绍了ICP-MS 技术测定铝土矿中的稀土元素,称0.05g 待测样品于聚四氟乙烯烧杯中,采用混合酸分解的敞开式容器法,用铑作内标来校正基体效应,实验结果表明该方法具有简单、准确等优点。 关键词ICP-MS ;铝土矿;稀土元素 中图分类号TF801.3 文献标识码A 文章编号1008-8725201005-0148-02Determining Rare Earth Elements in Bauxite by ICP-MS LIU Qin-zhi 1,2,WU Qian-hong 2 1.Continuing Education College,Guizhou University,Guiyang 550001,China; 2.School of Geoscience and Environmental Engineering,Zhongnan University,Changsha 410083,China AbstractThis paper simply compares sereral commonly used analysis and testing technology,focusing on the determination of rare earth elements in bauxite by ICP-MS is introduced,gives 0.05g sample in PTFE beaker,adpots the mixed acid decomposityion open container methed,uses rhodium as internal standard for matrix effect correction,the experimental results show that the is simple and accurate. Key wordsICP-MS;bauxite;rare earth elements 收稿日期2009-10-25;修订日期2010-03-16 作者简介刘勤志1978-,女,湖南邵东人,讲师,硕士研究生,研究方向国土资源信息工程。 刘勤志1,2 ,吴堑虹2 1.贵州大学继续教学学院,贵阳550001;2.中南大学地学与环境工程学院,长沙410083 第29卷第5期2010年5期 煤 炭技术 Coal Technology Vol.29,No.05May,2010 2由于河南此期整个范围内处于寒冷期,在距该区不 远的范围内分布着已经被认可的冰川沉积物,即伦掌、善应 的的冰碛物,因此,岳城水库南的英烈村也不例外,其沉积物 应为冰期沉积,即为一套冰水沉积物。3其形成时代应为早泥河湾期,绝对年龄为97万年。参考文献 [1] 王朝东.河南省区域地质志第一篇第十六章[R].北京地质出 版社,1989,4.[2]河南水文一队.河南省平原第四纪地质研究报告[R].1985.[3]河南省地质局水文处.河南平原重矿物变化特征及其在第四纪 地质的应用[R].1983. [4]河北省地质局水文地质研究室.河北第四系[R].1979. [5]周幕林.太行山东麓第四纪冰期[C].中国第四纪冰川冰缘学术讨 论会论文摘要汇编.1982.责任编辑 徐艳杰 0引言 目前,进行稀土元素的分析测试有很多方法可供选择, 已积累了不少的资料和文献[1-4]。常用的测试方法有X 射线 荧光光谱法XRF 、火焰原子吸收法FASS 、中子活化分析NAA 、同位索稀释质谱法IDMS 、等离子体发射光谱 ICP-AES 、等离子体质谱ICP-MS 、电子探针分析EPA 等等。这些分析方法各有不同特点,然而XRF 不能分析比钠轻的元素FASS 不能多元素同时测定,且样品需要量大,线性范围窄;NAA 的缺点是给出分析结果的时间长、分析灵敏 度因元素而异; IDMS 分析速度慢,且同位素昂贵,甚至有些稀土元素不能分析;ICP-AES 仪器成本较高,有些元素检出 很有限[5] 。 综合考虑电感耦合等离子质谱技术ICP-MS 具有灵敏度高、谱线相对简单、检出限低等优点,此次研究使用该技术测定铝土矿样品中的稀土元素,拟利用稀土元素的4个特征参数和稀土配分模式的比较分析来进行物源示踪;以期更加全面的了解研究区原生铝土矿成矿物质来源,探讨其成矿环境。实验结果表明,该方法具有灵敏度高、准确度与精密度 好、 操作简单等优点。ICP-MS 与其它分析技术相比,其优越性在于 1在大气压下进样,便于与其它进样技术联用;2样品需要量少、图谱简单、动态线性范围宽达9个 数量级、分析速度快、检出限低μg/L 级、有的元素可达ng/L ;3可进行同位素鉴别和测定、单元素和多元素分析以及有机物中金属元素的形态分析; 4 离子初始能量低,可使用简单的质量分析器[6]。1ICP-MS 实验部分 1.1仪器及试剂选定 1仪器仪器为美国ThermoElemental 生产的VG -PQExCellICP-MS 质谱仪。 2试剂采用由国药集团化学试剂有限公司生产的优级纯硝酸HNO 3、高氯酸HClO 4和氢氟酸HF 。1.2仪器工作参数的设定 ICP-MS 测量过程中,仪器工作参数设定十分重要,这些参数的设定对仪器灵敏度,基体元素的质谱及非质谱干扰等存在较大影响。经优化选定,得出1组对待测元素都有较大响应的参数,具体见表1。 图1稀土配分模式图 表1 仪器主要工作参数的设定 参数设定值参数设定值RF 功率/W 冷却气流速/L min 雾化器流速/L min 辅助气流速/L min 1350 13.000.920.70 扫描方式测量时间/s 重复次数/次分析室真空/pa 跳峰0.2210-6 1.3 实验流程 1样品预处理 目前样品的预处理技术可分成3种类型 混合酸分解的敞开式容器法、密闭式容器法和碱金属熔剂的熔融法。此次实验中的样品预处理技术采用混合酸分解的敞开式容器法,从而保证了样品的完全溶解,与碱金属熔剂的熔融法相比,这种方法不带入任何金属离子,污染小,分析本底低,测定限 低,保证了痕量元素的测出[7] 。 从野外采回的样品,按实验要求碎样处理后,将其置于80℃恒温干燥箱中干燥24h ,取出放入干燥器中冷却、备用;准确称样0.05g 样品于100ml 聚四氟乙烯烧杯中,用少许的高纯水润湿;考虑到铝土矿难溶的特点,在溶样前,加2mlHNO 365,摇匀,放置过夜;然后加入2ml HNO 365将烧杯置于200℃控温电热板上加热至近干;将控温电热板的温度调到300℃,加入2mlHF 40和1mlHClO 4,继续加热至近 干,重复多次,直至溶液清亮;加入2mlHClO 4加热至近干, 重复1次;接着加入1mlHNO 365加热至近干,重复1次;最后加入2mlHNO 365和20ml 高纯水,加热煮沸,冷却后转入100ml 聚丙烯容量瓶,摇匀待上机测定[8]。 2测定 以国家标准样品作为标样,以其数据作为校准标准曲线;同时采用空白样品以监控分析过程中是否存在污染;随机选择样品进行重复样测定,监控分析仪器的稳定性。 3基体效应及校正 此次实验中因为在铝土矿样品中,含有一定量的铟,铟与铝可能存在类质同象的现象,所以不能用铟做内标。采用铑元素作内标,即可消除基体效应的影响[9]。 2结果分析 此次实验中的样品来自于野外采样所得,在野外对具有代表性的比较完整的矿层剖面进行分层采样。采用ICP-MS 通过混合酸分解的敞开式容器法,得到的稀土元素实验结果见表2,其中∑REE 能很明显反映出各类岩石的特征;∑Ce/∑Y 是LREE 各元素之和与HREE 各元素之和的比值,能全面地反映LREE 、HREE 的分馏程度,通常来自上地壳的物质往往具轻稀土富集特征;δEu 能很灵敏的反映物源及形成 环境的信息;δCe 则对岩石形成环境有较敏感的指示意义。 从表2中的实验结果可知,同一剖面上的采样密集的各个样品无论是稀土元素总含量还是轻重稀土之比等均存在差 异。 结合表2中的实验结果,采用Taylor 球粒陨石稀土元素标准对样品进行含量标准化后形成配分模式见图1,从图1中可进一步了解该技术测试铝土矿中稀土元素的精确度,该剖面上各样品的配分曲线均存在明显的差异,说明采用该测试方法测定铝土矿中的稀土元素合适,具有一定的地质意义。 3结论 此次研究中采用ICP-MS 测定铝土矿中的稀土元素,实验过程中采用混合酸分解的敞开式容器法。实验结果表明 1该方法具有灵敏度高、准确度与精密度好、操作简单等优点。 2实验中样品的代表性和均匀性对实验结果可能有影响,因此在采样和制样过程中应尽可能保证其具有较好的代表性和均匀性。 3实验仪器测定过程中加入铑元素做内标,可消除基体效应的影响。参考文献 [1] 闫娥.用电感耦合等离子体质谱法测定稀土杂质时的基体影响[J].青海师范大学学报自然科学版,2001,236-38.[2]陈克勋,电感耦合等离子体质谱法ICP-MS 及其在稀土分析 中的应用[J].湖北化工, 2001,338-40.[3]龙永珍,戴塔根,张起钻,等.离子质谱法测定铝土矿中的稀土 元素[J].轻金属, 2003,55-7.[4]章新泉,易勇,姜玉梅,等.电感耦合等离子体质谱测定地质样品中的多种元素[J].分析度验室,2005,24858-61.[5]邓晓庆.FAAS 、GFAAS 、ICP-AES 和ICP-MS4种分析仪器法的比较[J].云南环境科学,2006,25456-57.[6]黄达峰,罗修泉,李喜斌,等.同位素质谱技术[J].北京化学工业 出版社, 2006,87-88.[7]刘虎生,邵宏翔.电感耦合等离子体质谱技术与应用[J].北京化学工业出版社,2005,143-152. [8]刘勤志.广西平果原生铝土矿地质与地球化学特征及成矿环境 探讨[Z].长沙 中南大学,2009.[9] 李冰,杨红霞.电感耦合等离子质谱ICP-MS 技术在地学研究中的应用[J].地学前缘,2003,103367-377. 责任编辑徐艳杰 注由中南大学地学院ICP-MS 实验室测定。 表2 样品稀土元素分析及特征参数mg/kg 323-1 323-1-2323-2323-3323-4323-5323-6-1323-7La Ce Pr Nd Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu ∑REE ∑Ce/∑Y δEu δCe 页岩104.80179.6026.51106.2021.653.3420.003.0314.842.145.070.633.580.50491.898.880.530.70 煤层73.25130.3019.6573.0718.382.2915.103.0020.663.9212.112.0414.232.04390.034.340.450.71 铝土矿453.40357.8044.87108.8012.841.9017.713.5932.977.8828.215.1834.445.311114.907.240.430.43 页岩 48.1979.536.3421.975.130.936.251.4511.152.156.501.056.840.99198.474.460.560.83 铝土矿 25.6267.283.7712.554.030.774.861.117.491.323.990.714.820.72139.034.560.591.28 铝土矿57.4381.937.2822.485.841.178.932.8323.264.3514.412.3515.972.34249.562.400.550.73 铝土矿80.30108.509.8131.476.431.148.682.5424.165.2417.513.0120.062.98321.832.820.520.69 铝土矿3390.70223.7031.7579.859.461.2911.512.4521.224.0113.832.4316.242.48759.929.250.420.361 刘勤志,等ICP-MS 测定铝土矿中的稀土元素 第5期 149