MC-ICP-MS高阻放大器校正偏移对同位素测试的影响——以汞同位素为例

增益(Gain)校正有助于消除MC-ICP-MS不同高阻放大器之间的阻值差异,进而提高同位素分析的精度和准确度,但有关Gain的偏移和校正频率对同位素测试的影响和作用原理还缺乏系统认识。本研究结合本实验室Neptune Plus MC-ICP-MS的Gain校正数据,以实际测试的汞同位素数据为例,评估了放大器Gain校正系数偏移对同位素测试的影响。结果显示,当测试标样和样品的校正系数偏移幅度一致时,汞同位素测试结果基本无变化;当偏移幅度存在明显差异且单一放大器校正系数的相对偏移幅度超过–0.070‰~0.058‰时,汞同位素的测试结果大于分析误差。Gain校正系数单日的相对变化幅度(–0.028‰~0.028‰)可保证汞同位素测试结果小于分析误差,但长期的偏移却会导致汞同位素变化远超分析误差。此外,仪器的硬件、温度和真空度等也是Gain校正系数变化的重要影响因素,因此建议定期维护仪器,并每日进行Gain校正,以保证测试结果的稳定和准确。

适用于单个流体包裹体LA-ICP-MS分析的多元素流体包裹体标样合成及飞秒激光分析方法建立

单个流体包裹体成分LA-ICP-MS分析在精准示踪成矿物质来源和精细刻画成矿过程方面具有独特优势,但目前流体包裹体标样的研究还较缺乏,制约了该分析方法的发展和应用。本文通过高温加热-淬火法,结合金刚石磨片打磨和HF酸蚀,在石英中合成了数量多、大小适中且多为规则状/椭圆状的适用于LA-ICP-MS分析的多元素(B、Na、K、Mn、Co、Rb、Sr、Mo、Cs、W)流体包裹体标样。合成的流体包裹体标样冰点相对标准偏差(RSD)小于2%,显示均一性很好。193 nm激光和飞秒激光对该标样进行对比分析,结果显示193 nm激光获得的元素含量相对误差绝大多数(>85%)在±20%以内,RSD变化在5%~17%之间,测试准确度和精度与国际同行实验室相当。飞秒激光获得的元素含量多数(>80%)相对误差在±30%以内,RSD变化在11%~25%之间,准确度和精度比193 nm激光略差,但与国际同行实验室相当甚至更优,表明飞秒激光分析方法是可行的。飞秒激光能够极大地提高流体包裹体分析成功率和效率,具有广泛的应用前景,值得开展深入研究。

电感耦合等离子体发射光谱法测定不同pH土壤的交换性盐

交换性盐是评价土壤供肥、保肥及土壤缓冲能力的重要指标,传统测量方法是采用乙酸铵/氯化铵-乙醇提取后直接检测,存在基体干扰大、分析步骤繁琐以及重现性差等问题.为了提高测试精度和效率,对不同pH值土壤的提取液进行优化设计,经水浴蒸干后高温去盐、复溶,标准曲线无需进行乙酸铵/氯化铵基体匹配,采用同一标准曲线通过电感耦合等离子体发射光谱法测量交换性钾钠钙镁盐的含量.用该方法对ASA-11、ASA-14、ASA-16、ASA-20等4个土壤有效态成分分析标准物质进行分析,测量结果均在不确定度范围内,4个元素的测量值与标准值的相对误差介于-1.32%~+7.27%之间,相对标准偏差小于3.50%最大相对相差为9.92%(<10%),满足分析测试的要求.应用本方法对不同pH值的土壤样品处理结果重现性好,克服了传统方法分析过程单一、繁琐以及重现性差的缺点,同时在线完成K、Na、Mg、Ca的测量,缩短分析步骤,提高分析效率并节约了成本.

催化热解-冷原子吸收分光光度法测定硅酸盐中痕量汞

硅酸盐中痕量汞测定对确定岩石中汞含量以及理论地球化学、勘查地球化学、生态和环境地球化学研究具有重要意义.但汞在硅酸盐中分布是痕量级,对分析方法检出限指标要求很高,且硅酸盐中二氧化硅质量分数变化大、岩性分类多、干扰基体成分复杂和元素挥发损失等特性使得硅酸盐中痕量汞的准确测试面临挑战.直接进样测汞仪无需化学试剂消解(防止汞元素挥发损失),采用催化管(消除复杂基体干扰)和配置汞捕集装置(元素富集降低检出限)可提供符合绿色化学技术发展趋势的解决方案.本文通过试验探究,优化直接进样测汞仪的参数,其方法检出限(0.5×10^(-9))、测定下限(2.0×10^(-9))、准确度(Δlog C<0.05)、精密度(RSD<10%,n=12)等指标满足DZ/T 0130-2006中《多目标地球化学调查规范》要求,达到或优于硅酸盐化学分析方法GB/T 14506.33-2019(汞量测定:氢化物发生-原子荧光光谱法)的检出限(2×10^(-9))和定量下限(5×10^(-9)),可为硅酸盐样品中痕量汞的原子荧光测试和绿色化学技术更新提供参考.

方解石在乙酸与草酸混酸体系中的溶蚀研究

为探究埋藏条件下方解石溶蚀规律,设计了一组不同温度下,方解石在乙酸与草酸混酸体系中的溶蚀模拟实验。通过ICP-MS,XRD、FTIR、SEM-EDS等表征分析。结果表明,方解石与混酸的反应是溶解-沉淀的耦合过程,Ca^(2+)的溶出与Ca^(2+)被重新固定是竞争关系;100~190℃的温度范围内,温度的升高促进Ca^(2+)的溶出;溶蚀过程中方解石表现出对H+及C=O等有机酸官能团的吸附,形成溶解台阶,出现团簇状草酸钙沉淀;Arrhenius公式关联结果表明方解石在混酸体系中的溶蚀过程受到扩散与表面反应的协同控制。

电感耦合等离子体质谱法测定地球化学样品中铬、钴、锶的常规法和碰撞法比较和优化

ICP-MS经调谐为最优仪器条件下,分别选取~(52)Cr、~(59)Co、~(88)Sr作为测定元素的同位素,以~(103)Rh作为内标元素,采用盐酸-硝酸-氢氟酸-高氯酸四酸体系对样品进行前处理。通过比较常规和碰撞两种模式下的测定结果,以及对比分析3%的硝酸、3%的盐酸和3%的王水三种提取酸对测定结果的影响,得出在碰撞模式下,选用3%的盐酸作为提取酸,其测定结果的准确度和精密度更好的结论。研究结果表明:采用电感耦合等离子体质谱法碰撞模式可高效准确测定地球化学样品中Cr、Co、Sr的含量,该方法操作简单、精密度好、检出限低、结果准确可靠,由于采用的是电热板常规酸溶矿方式,特别适合大批量样品的分析测试工作。

熔体包裹体分析技术进展

熔体包裹体是岩浆岩中矿物生长或结晶过程中捕获的少量硅酸盐熔体,成为地球深部过程的重要见证者。因此,有效识别其记录的岩浆演化信息显得十分重要。文章在前人对熔体包裹体研究的基础上,系统梳理其研究方法,总结了5步研究过程:(1)利用偏光显微镜,开展详细的岩相学观察以识别具有代表性的熔体包裹体类型;(2)为加热实验和成分分析制备样品;(3)利用高温热台,对熔体包裹体进行加热实验使其内部均一化,并测得捕获温度;(4)通过电子探针、二次离子探针、LA-ICP-MS、显微激光拉曼等技术对熔体包裹体中的主、微量元素、同位素以及挥发分组成进行分析测试;(5)熔体包裹体数据分析,与全岩成分和相关实验得出的流体成分进行对比。虽然熔体包裹体的研究经历了近百年的发展,但有效还原其代表的初始岩浆信息,仍然是当前研究的难点和热点。尤其是地球系统科学发展引发宜居地球深部过程的探讨,使得开展熔体包裹体分析新方法的探讨成为重中之重。

广西上林二叠系含锂岩系的地球化学特征与锂富集成因探讨

随着新兴产业的高速发展,全球锂金属的需求急剧增加,世界各国正面临日益突出的供需矛盾。煤系锂矿床具有巨大资源潜力和开发利用价值,可为战略性金属矿产的工业化生产需求提供保障。本研究以广西上林县万福矿区作为典型研究区,该区部分煤层中存在锂含量较高的异常富集点,但在平面及纵向分布上存在一定的不均一性,本文围绕万福矿区煤系地层纵向分布的多层赋锂矿层开展成因及物质来源探讨,通过矿物学和地球化学的研究方法,揭示煤系沉积型锂矿的富集规律。研究表明,广西二叠系含锂岩系的形成经历了风化-沉积-成岩三个阶段。中酸性岩浆岩作为主要物质基础,在陆相环境中风化,随着后期地壳下降,海水淹没台地并沉积碳酸盐岩,最终含锂岩系进入压实、成岩阶段。

不同类型黏土矿物吸附作用对镁同位素分馏的影响

明确表生过程中Mg同位素分馏行为是示踪全球Mg循环和大陆风化过程的基础。黏土矿物吸附–解吸附是影响Mg同位素分馏的重要机制,然而这一过程中Mg同位素的分馏行为存在较大争议,尤其是黏土矿物类型和其他阳离子的影响还未有效评估。本研究选择高岭石、伊利石和蒙脱石3种典型的黏土矿物,在解吸附矿物初始吸附的Mg元素之后,加入不同含量的MgCl_(2)溶液和含有其他阳离子的河水中进行吸附–解吸附实验,并测试吸附前、后溶液和吸附组分中的元素含量和Mg同位素组成。结果表明,在相同含量的MgCl_(2)溶液中,蒙脱石对Mg的吸附能力明显高于伊利石和高岭石,这是由于蒙脱石存在层间域吸附。当吸附达到饱和状态时,黏土矿物对Mg的吸附量将不受溶液中Mg含量影响。当有其他阳离子(Na^(+)、K^(+)、Ca^(2+)等)存在时,交换作用会明显降低蒙脱石对Mg的吸附能力,但对高岭石和伊利石影响不大,这是因为交换作用主要发生在层间域。此外,在吸附–解吸附过程中,Mg同位素的分馏不明显(Δ^(26)Mg≈0),主要是由于黏土矿物吸附过程中受平衡分馏影响。

ICP-MS法在测定戴家河金矿地质样品中金元素的应用分析

本文探讨了采用ICP-MS法测定戴家河金矿样品中的金含量,通过优化仪器参数消除了质谱干扰,选用~(185)Re作为内标元素,进行了基体校正,并结合矿区含金样品的实际含量范围,省去泡塑吸附步骤,对样品前处理进行简化,节省了前处理时间。通过实验证明:本方法具有较高的准确度,方法的检出限、精密度等均能满足该矿区样品中金的测定要求。由此可见,将该方法应用于金矿勘查中金的测定,具有良好的推广价值。

土壤中高岭石的X射线衍射全谱拟合定量分析方法研究

本文通过提纯高纯度石英、方解石、高岭石,配置了三种已知矿物成分含量的土壤模拟样品(高岭石、石英二相模拟土壤样品,高岭石、石英、方解石三相模拟土壤样品,高岭石、自然土壤混合样品),利用X射线衍射TOPAS全谱拟合定量分析方法对配制的9组高岭石、石英二相模拟土壤样品,9组高岭石、石英、方解石三相模拟土壤样品,9组高岭石、自然土壤混合样品三种系列覆盖4个矿物梯度的模拟土壤实验样品进行矿物定量分析,成功对比了其矿物理论含量与测试含量。通过对不含高岭石系土壤和含高岭石系土壤加标高岭石的方法,验证了X射线衍射全谱拟合定量分析法可以应用于土壤高岭石定量分析的稳定性与准确性。

金活动态测量在新城金矿靶区筛选中的应用

在金矿脉中,金主要分布于石英脉及硫化物中,而超微细金确具有很强的活性,能够以络合物、吸附态等方式被黏土矿物或有机质捕获。矿脉的上部,多种方式运移上升的金,在次生土壤中富集形成元素异常。通过氧化-络合的方式制作的活动态提取剂,可获得稳定的可溶性络合物,采用iCAPQ数据测量。在实际应用中,通过采集B层土壤并处理加工,获得的Au元素峰值达105×10^(-9)。圈定的靶区位于异常带延长方向上,符合矿区成矿规律,采信度高。金活动态测量适用于特殊景观区的勘查科研工作。

黑龙江争光大型金矿成矿流体He-Ar-S同位素组成及成矿流体来源的示踪

【研究目的】黑龙江争光金矿床位于兴安地块东缘嫩江—黑河北东向断裂带西北侧的奥陶纪多宝山岛弧带上。本文通过对主成矿期的矿石样品研究,探讨了成矿流体的来源。【研究方法】选择9件主成矿期的黄铁矿和方铅矿进行了系统研究,测定了He、Ar和S同位素组成。【研究结果】其含金石英脉中黄铁矿和方铅矿的流体包裹体3He/4He=1.95×10^(-6)~5.03×10^(-6),^(40)Ar/^(36)Ar=349.1~453.9。幔源He占13.17%~44.67%,平均27.58%,显示了成矿流体以大气降水为主,但同时有地幔流体成分,表明金矿床成矿作用与地幔活动有着密切的关系。矿物δ^(34)S=-1.2‰~-3.9‰,平均-2.33‰,可能来自深源地幔流体,但其中有地壳流体的加入。【结论】洋壳向兴安地块俯冲,俯冲流体交代地幔楔发生部分熔融,流体上升至地表浅部与下渗的大气降水混合形成成矿流体,由于温度和压力的下降和流体沸腾作用导致成矿流体物理化学条件的改变,从而使成矿物质沉淀。

利用激光气流分割技术同时测定斜长石的微量元素与Sr同位素

斜长石是火成岩中的主要造岩矿物之一。其微量元素和Sr同位素组成可以用来示踪多种地质过程。传统的斜长石研究需要进行2次独立的激光剥蚀电感耦合等离子体质谱分析,来分别测试微量元素和Sr同位素组成。然而对于具有复杂环带结构的斜长石, 2次激光剥蚀分析获得的微量元素和Sr同位素可能是解耦的。本研究采用近几年兴起的激光气流分割技术建立了通过1次激光剥蚀同时测试斜长石微量元素和Sr同位素的方法。该方法将1台激光剥蚀系统(LA)同时与1台高分辨率扇形磁场等离子体质谱(SF-ICP-MS)和1台多接收等离子体质谱(MC-ICP-MS)联机。在1次激光剥蚀过程中,通过Y形接头将激光剥蚀产生的气溶胶分为两路,一路气溶胶进入MC-ICP-MS进行同位素组成分析,另一路气溶胶进入SF-ICP-MS进行微量元素含量分析。使用本方法分析USGS玄武玻璃标样BHVO-2G和NKT-1G的Sr同位素组成和微量元素含量,分析结果在误差范围内均与推荐值或前人报道值一致。此外,本研究利用建立的方法对满洲里巴杨山塔木兰沟组火山岩中的斜长石斑晶进行了微量元素和Sr同位素的同时测试,并利用斜长石成分计算了平衡熔体的微量元素组成。分析认为,巴杨山玄武安山岩源区为俯冲板片流体交代过的岩石圈地幔,并在岩浆上升过程中发生了少量地壳混染作用。

陕西煎茶岭镍矿床亲铜元素地球化学特征及其地质意义

煎茶岭镍矿床是陕西省勉略宁矿集区最具代表性的矿床之一,其形成与热液蚀变密切相关,形成了滑镁岩型、蛇纹岩型、透闪岩型和菱镁岩型等4种镍矿石。对煎茶岭镍矿床矿石全岩主量、微量和亲铜元素开展系统研究,并结合自动矿物识别系统,查明煎茶岭镍矿床亲铜元素的分布特征和赋存状态,并进一步探讨矿床成因。结果表明:煎茶岭镍矿床中的Ni和Cu主要以镍黄铁矿和黄铜矿的形式存在,而Co主要以类质同象赋存于镍黄铁矿和磁黄铁矿等硫化物中;Ir和Ru主要赋存于镍黄铁矿中,Pt和Pd主要赋存于黄铜矿中;Rh与其他铂族元素(PGE)明显不同的地球化学特征表明母岩浆侵位前可能发生了含铑矿物的结晶分异。同时,较高的Cu/Pd值((2.82~10.9)×10^(4))也表明其母岩浆在深部经历了早期硫化物熔离作用,随之带走大量Cu、Ni、PGE等,这是煎茶岭镍矿床矿石铂族元素亏损的主要原因。综合分析推断,煎茶岭镍矿床的形成经历了两个阶段:(1)煎茶岭镍矿床母岩浆侵位到浅部岩浆房之后,发生硫化物二次熔离形成Co、Ni含量较低的贫硫化物矿石;(2)橄榄石等硅酸盐矿物和原生硫化物在热液蚀变过程中释放出Co、Ni、S等成矿元素,并随热液迁移到花岗斑岩外接触带发生再沉淀和富集,从而形成富钴镍矿体。

爆裂法测定矿物流体包裹体气体成分的主要影响因素探讨

爆裂法是提取矿物中流体包裹体气/液相成分最常用的方法之一,其中爆裂温度、样品粒度和恒温爆裂时间等参数,直接影响到分析结果的可靠性。以产于内蒙古自治区赤峰市松山区老爷庙附近热液成因的高纯度石英脉为例,通过控制单一实验变量,分别对500℃和550℃两种爆裂温度、380~250μm粒级和250~180μm粒级的两种样品粒度以及5、10、15、20和30 min五种不同的恒温爆裂时间开展对比研究。结果表明:当爆裂温度设置为550℃、样品粒度介于250~180μm之间时,样品中流体包裹体无机气体成分分析结果明显高于相应对比组分析结果,当恒温爆裂时间≥10 min后,样品中流体包裹体无机气体成分分析结果无明显变化。由此认为当爆裂温度设置为550℃,样品粒度介于250~180μm之间时,矿物中包裹体气体成分提取较其他验证参数更完整,另外当恒温爆裂时间超过10 min后,爆裂时间对样品分析结果产生的影响可忽略不计。因此在开展热液成因石英矿物中包裹体成分提取时,建议设置的最佳参数为:爆裂温度为550℃、样品粒度采用250~180μm,爆裂时间为10 min。本研究可为准确测量热液成因石英单矿物中流体包裹体气体成分提供依据。

热电离质谱计测定国家标准火成岩粉末Sr-Nd-Pb同位素组成

文章以美国地质调查局制备的标准岩石粉末(BCR-2玄武岩、BHVO-2玄武岩、AGV-2安山岩)作为参考物质,运用同位素稀释法和热电离质谱计同位素比值测量方法,分析中国三种火成岩标准粉末(GSR-1花岗岩、GSR-2安山岩、GSR-3玄武岩)Sr-Nd-Pb同位素组成,观察其同位素组成及均一性特征。分析结果表明:这三种火成岩岩石标准粉末都具有均一的Sr和Nd同位素组成;相比GSR-1花岗岩,GSR-2安山岩和GSR-3玄武岩的Pb同位素组成相对均一。GSR-1花岗岩的Pb同位素组成有较大的变化范围,不均一性特征可能受高U和高Th矿物的放射性成因Pb同位素组成叠加影响。根据测量结果,作者认为三种国家火成岩标准粉末适合作为Sr和Nd同位素组成分析的参考物质,GSR-2安山岩和GSR-3玄武岩也是理想的Pb同位素组成分析的参考物质。

高价Mn氧化物介导下轻烃热化学氧化的模拟实验研究

研究烃类的热化学氧化对分析油气保存条件和探讨深部碳循环机制都具有重要意义。本文以轻烃-MnO2-水体系为例,基于熔融石英毛细硅管和拉曼光谱分析技术的在线观测热液实验技术,对油气藏中常见的轻烃热化学氧化反应的发生温度和变化规律进行了研究。结果表明,轻烃热化学氧化温度随烃类碳数的增大而降低,从丁烷到十三烷,其反应发生温度从125℃降到约100℃,与热化学氧化反应的吉布斯自由能变化顺序一致。表明烃类热化学氧化需要的温度条件并不苛刻,在3000 m以下埋深且含有氧化性地层的沉积盆地中即可发生。实验结果与准噶尔盆地地质实例基本相符,油气充注中心区优先氧化高碳数烃类,远离充注中心缺乏液态烃的井区发生甲烷等轻烃氧化,烃类的热氧化过程受烃类氧化顺序和油气充注时空差异性两大因素制约。

激光拉曼快速标定花岗质玻璃的水含量

水是地球深部重要的挥发分,准确获得硅酸盐熔体中水的含量及分布有助于深入理解挥发分的循环以及岩浆的分异和演化。相对于红外光谱、二次离子质谱和电子探针,拉曼光谱对水含量的测量具有精度高、范围广、空间分辨率高、样品准备简单等优点,可成为快速测量玻璃或熔体包裹体水含量的一种常规便捷方法。本研究在合成制备不同成分和水含量的花岗质玻璃样品基础上,使用电子探针、傅里叶红外光谱和高分辨共聚焦显微激光拉曼等技术手段对该批样品进行了成分及水含量测试和标定,并探索了激光拉曼分析花岗质玻璃水含量的最佳条件。红外光谱采用4500和5200 cm^(-1)的吸收峰计算样品中的水含量,结果表明合成花岗质玻璃样品的含水量为0.01%~7.68%;拉曼光谱采用2800~4000cm^(-1)的峰进行水含量的分析,结果显示532nm激光条件下,激光功率30mW、积分时间40s所获得的峰面积与红外光谱的水含量结果呈现良好的线性相关关系。线性拟合结果表明,激光拉曼分析方法适用于含水量>1%的花岗质玻璃样品,相对误差小于10%。因此,激光拉曼分析可以作为一种玻璃样品水含量测试的快速便捷方法。

西藏班公湖蛇绿混杂岩中硅质岩的地质地球化学特征及其形成构造环境

蛇绿混杂岩是研究洋陆转换、板块构造向板内构造转换过程的关键证据。本文以西藏班公湖蛇绿混杂岩中的硅质岩为研究对象,通过岩石学以及主量、稀土元素地球化学特征研究,分析了硅质岩成因和沉积环境。研究区硅质岩呈夹层产出在沙木罗组或断片产出在玄武岩中,具有隐晶质结构、生物碎屑结构和块状构造,含有晚侏罗世—早白垩世放射虫。硅质岩w(SiO_(2))为73.80%~90.44%,w(Al_(2)O_(3))为3.67%~12.33%;MnO/TiO_(2),Fe_(2)O_(3)/SiO_(2),Fe_(2)O_(3)/TiO_(2)和Al_(2)O_(3)/(Al_(2)O_(3)+Fe_(2)O_(3))分别为0.14~0.91,31.44~141.88,1.83~11.80和0.66~0.96;稀土元素北美页岩标准化后显示平坦型稀土配分模式,δCe值为0.77~2.03,Ce整体呈负异常特征,δEu值为0.99~2.11,Eu整体呈弱的正异常特征;(La/Yb)_(N),(La/Ce)_(N),(La/Lu)_(N),(La/Sm)_(N),(Ce/Yb)_(N)和(Gd/Lu)N值分别为0.43~1.12,0.51~1.27,0.44~1.26,0.59~1.12,0.41~2.01和0.82~1.16。硅质岩的地球化学特征指示,班公湖蛇绿混杂岩中伴生的硅质岩为生物成因,形成明显受陆源物质的影响,其形成环境并非典型的大陆边缘环境,而是一个与大陆边缘有一定距离的大洋盆地到大陆边缘构造环境。