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微量、稀土元素的检测分析
发布时间:2024-03-20 来源:本站 浏览量:148

微量元素

相对于地壳中的主量元素而言,人们把地球化学体系中低于0.1%的元素,通称为微量元素。Gast(1968)对微量元素下的定义是:不作为体系中任何相的主要化学组分存在的元素。有的学者根据元素在所研究的地球化学体系中的浓度低到可以近似服从稀溶液定律(亨利定律)的范围,则称该元素为微量元素。

稀土元素

稀土(Rare earth)是元素周期表中的镧系元素和钪、钇共十七种金属元素的总称。自然界中有250种稀土矿。稀土以其不可替代的优异磁、光、电性能被广泛应用于电子加工、信息技术、激光技术、清洁能源、先进装备制造业等诸多高新科技领域,只需极少的添加量就能改善或提高最终产品的性能,素有“工业维生素”之称,对国民经济、国家安全和科技发展具有重要的战略意义。


微量、稀土元素的重要作用

微量元素(minor elements)是相对的,在一个体系中为微量元素,而在另一个体系中可能为常量元素。一般的,将地壳中除O、Si、Al、Fe、Ca、Mg、Na、K、Ti等9种元素(它们的总重量丰度占99%左右)以外的其他元素统称为微量元素,它们在岩石或矿物中的含量一般在1%或0.1%以下,含量单位常为10-6或10-9表示。

微量元素在油气勘探中的应用

① 研究沉积湖盆中元素的分异与聚集规律(如NICHOLLS研究指出,若沉积物中痕量元素含量超过以下浓度时,即 Ba>1 000μg/g、Ni>150 μg/g、Cu>90 μg/g、Pb>40 μg/g、Co>40 μg/g、Mo>5 μg、特别是伴有U<1 μg/g,其形成的水体深度可能超过 250 m)。

② 在沉积环境及古盐度研究中的应用,确定含油岩系还原程度、对古盐度进行定性识别(如 Li、Ni、Sr、Ga 等元素)、确定古气候(如Sr、Sr/Cu、Rb/Sr、Sr/Ba等)和判断氧化还原环境(如 V、Cr、Ni、Co、U、Sc、Mo 等金属元素)。

③ 在生油研究中的应用,研究古油藏的原始形成规模及蕴藏量、重质油中微量金属元素具有一定的经济价值。

稀土元素( REE) 具有优异的物理化学性能及独特的地球化学习性,在各种地质作用过程中能起到“示踪剂”的作用,因而受到地质界的广泛重视。

稀土元素的地质意义

① 沉积环境:判断沉积水体氧化、还原条件的标志(如δCe、δEu)。

② 物源属性:稀土元素的分布和富集与陆源碎屑物质的输入有关,(La/Yb)N能有效地反映沉积物的沉积速率。在稀土元素中Eu异常可作为鉴别母岩物质的重要指标来划分其物质来源。一般认为,若母岩为斜长石,沉积岩中多表现为Eu的正异常;若母岩为玄武岩,沉积岩中的Eu的无异常;若母岩为花岗岩,沉积岩中多表现为Eu的负异常。

③ 揭示大地构造背景。


微量、稀土元素的检测分析


检测原理

稀土元素在高温氢气氛条件下,在电感耦合等离子体质谱仪中被激发成离子,发射出多条谱线。利用稀土元素之间不重合的特征灵敏谱线作为测定线,测出该谱线的强弱与已知标样的谱线进行比较,就可对每种稀土元素进行定量分析。ICP法灵敏度高,可达ppm级,工作曲线的线性范围宽,而且准确度也高。(目前最常用的设计称为离散打拿极检测器,在检测器纵向方向布置一系列的金属打拿极。在这种设计中,离子从质量分离器出来之后打击第一个打拿极,然后转变成电子。电子被下一个打拿极吸引,发生电子倍增,在最后一个打拿极就产生了一个非常强的电子流。)

检测标准:GB/T 14506.30-2010 《硅酸盐岩石化学分析方法 第30部分:44个元素量测定》

送样要求:样品量需约5g,粒度≥200目,标准为将样品粉末捻在手心无明显颗粒感


样品处理

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① 将200目样品置于105 ℃烘箱中烘干12小时;
② 准确称取粉末样品50mg(精确至0.01mg)置于封闭溶样器的內罐中;
③ 先后依次缓慢加入0.5ml高纯硝酸和1ml高纯氢氟酸,密封;
④ 将溶样器置于烘箱中加热24小时,温度控制在185℃±5℃左右;
⑤ 待溶样器冷却,取出内罐,置于140℃电热板上蒸干,然后加入0.5ml硝酸蒸发近干;
⑥ 加入5ml高纯硝酸,再次密封,置于130℃烘箱;
⑦ 冷却后取出内罐,将溶液转入聚乙烯料瓶中,并用水稀释至100g以备ICP-MS测试。

检测过程

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➷ 样品通常以液态形式1mL/min的速率泵入雾化器,用大约1L/min的氩气将样品转变成细颗粒的气溶胶。

➷ 气溶胶中细颗粒的雾滴仅占样品的1%~2%,通过雾室后,大颗粒的雾滴成为废液被排出。

➷ 从雾室出口出来的细颗粒气溶胶通过样品喷射管被传输到等离子体柜中。采用离子检测器将离子转换成电信号。

➷ 用传统的方法通过数据处理系统对这些电信号进行测量,再应用标准溶液建立的ICP-MS校准曲线就可以将这些电信号转换成待测元素的浓度。

测试结果

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通过观察测试结果,能够得出样品所含各元素信息。正常应用的时候,可以利用元素之间做比值,综合反映地质环境。




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