内标元素强度筛选法在激光诱导击穿光谱定量分析土壤标样中铁钛锶的应用

利用激光诱导击穿光谱(LIBS)技术进行光谱定量分析时,由于实验条件不稳定造成的测量结果检出限高、测量精确度低的问题一直是一个亟待解决的难题。实验选取地质矿产部化探分析质量监控站的标准土壤样品为分析样品,以波长为1 064nm的Nd∶YAG激光器为激发光源,脉冲重复频率1Hz,通过激光诱导击穿光谱实验装置采集土壤样品在420~440nm范围内的等离子体光谱图。采用以内标法为基础的数据平均处理和内标元素强度筛选法(即以选定的内标元素谱线强度为参考,进行数据筛选)处理数据分别分析了待测样品中的Fe、Ti和Sr元素的含量并进行了对比,利用内标元素强度筛选法测得Fe、Ti和Sr的质量分数分别为68.4mg/g、10 777μg/g和75.5μg/g,相对误差由平均法测得的10.60%、3.20%和8.57%降低为2.01%、0.21%和1.95%。说明内标元素强度筛选法处理数据可以减少数据处理量,简化数据处理过程并提高分析精度,尤其适用于激光能量输出不稳定、时间延迟较难控制的实验条件下的物质成分定量分析。

在发射光谱分析中氨基酸对元素谱线强度的影响

随着生物无机化学研究的深入,生物体中微量元素的分析日益重要。目前,生物体中微量元素的分析方法主要是火焰光度、原子吸收、原子发射及荧光分析等。发射光谱分析具有可同时测定多种元素的优点。但是,无论使用何种方法,生物试样的基体效应是值得注意的。我们在用发射光谱法分析出物体试样时也发现。

内标元素强度筛选法在激光诱导击穿光谱定量分析铝合金样品中的应用

利用激光诱导击穿光谱技术进行光谱定量分析时,由于实验条件不稳定造成的测量结果检测限差、测量准确度低的问题一直备受研究者的关注。实验选取铝合金标准样品为分析样品,以输出波长为1064 nm的Nd∶YAG激光器为激发光源,设置脉冲重复频率1 Hz,通过激光诱导击穿光谱实验装置采集样品在260~300 nm、300~330 nm范围内的等离子体光谱。采用以内标法为基础的内标元素强度筛选法处理数据,分析了铝合金待测样品E113中Mn、Mg、Fe和Cu元素的含量,并且与常规的数据平均法进行了比较。测得其质量分数分别为5.92、4.79、4.06、39.00 mg/g,测量结果的相对误差由数据平均法的9.80%、3.70%、13.30%、3.47%分别降为5.52%、0.40%、4.92%、3.23%;Mn、Mg、Fe、Cu各元素的检测限由数据平均法的0.205、0.207、0.755、6.150 mg/g下降为0.163、0.176、0.674、1.71 mg/g。此结果说明根据内标元素谱线强度进行数据筛选的数据预处理法同样适用于基体元素含量近似相同的铝合金样品分析,实验结果基本符合金属样品定量分析的要求,此数据处理方法为实验条件不稳定下的元素定量分析提供了一种新的思路。

全新世低纬地区古环境演化与北大西洋之间的联系——以湖光岩玛珥湖元素和元素比值记录为例

通过湖光岩玛珥湖沉积物高分辨率的Fe/Mn比值、Rb/Sr比值、Sr元素强度和550℃烧失量的研究,重建了湖光岩地区全新世以来的古环境演化历史,即:早全新世是气候适宜期,气候温暖湿润,中、晚全新世开始气候逐渐干旱化。这种气候演化模式体现了全新世季风演化的全球性。湖光岩玛珥湖沉积物反映的全新世以来的冷暖变化事件与北大西洋浮冰碎屑记录之间既存在联系又存在差异。这说明在全新世背景下,低纬地区的古气候演化与北大西洋存在一定程度的联系。低纬地区全新世古环境演化是低纬过程和高纬作用叠加的结果。

基于激光诱导击穿光谱对长白山黑猪肉部位分类

猪肉内部结构成分复杂,各部位的成分相似,分辨较为困难。结合激光诱导击穿光谱技术,通过光谱分析的方式提高分类精度。以5种不同部位的长白山黑猪肉(里脊肉、梅花肉、后腿肉、前腿肉、五花肉)作为待测样品,通过冷藏、切片等预处理方法,探究激光诱导击穿光谱技术鉴别猪肉脂肪与肌肉及其不同部位的可行性。首先通过采集猪肉脂肪样品与肌肉样品的LIBS谱线信息发现,猪肉中Mg,K,Fe,Cu,Ca和Na等元素较为丰富,并在脂肪样品光谱中发现C—N键,与肌肉样品LIBS谱线信息相比,脂肪样品受其内部水分、有机质成分影响致使其谱线信息背景和噪声信号干扰较大,二者谱线信息存在一定差异,说明LIBS可对脂肪组织与肌肉组织进行鉴别。通过对目标元素Ca,Na,Mg,K和Al其LIBS特征谱线强度进行检测,计算Mg/Ca,Al/Ca,Na/Ca和K/Ca比值,发现与Al/Ca和Mg/Ca相比,Na/Ca和K/Ca各部位元素比值分布差异明显,在此基础上,根据Na/Ca和K/Ca比值,计算猪肉各部位元素分布决策阈值[(1-α)=90%]。发现与Al/Ca和Mg/Ca比值相比,Na/Ca和K/Ca更能明显的反应出各部位元素分布的不同。其比值分布阈值基本可对猪肉各部位进行区分。以前腿肉与后腿肉为例,前腿肉Na/Ca和K/Ca比值分别分布在1.29~1.58和0.31~0.42,后腿肉Na/Ca和K/Ca比值分别分布在0.98~1.18和0.15~0.23。其元素比值分布无明显重叠。最后,为提高LIBS技术对猪肉不同组织分类的可靠性,将光谱元素强度比值数据与主成分分析法相结合,基本可以实现对猪肉各部位的分类,说明元素特征谱线强度比值在对猪肉各部位分类时具有一定的预测精度。该工作证明,使用激光诱导击穿光谱技术对猪肉进行分类识别等定性分析时具有一定可行性,有望适用于其他生物组织检测分析。

湖光岩玛珥湖沉积物反映的全新世以来古环境演化

对广东湖光岩玛珥湖沉积物550℃烧失量(loss on ignition,LOI)和Ti、Al、Si、K元素强度分析表明,烧失量主要反映了流域生产力水平的变化,而Ti、Al、Si、K 4种元素被证明主要来自于流域,反映了径流输入的变化。11 000～7 800cal.aBP,湖光岩地区的气候温暖、湿润;7 800cal.aBP之后,气候迅速变冷、变干,虽然7 800cal.aBP之后气候也发生了一系列的冷、暖波动,但是其温暖程度已远远不及早全新世的水平。湖光岩地区全新世千年尺度气候演化格局和亚洲季风区的其他记录基本一致,即全新世早期为气候适宜期;全新世中、晚期温度降低,气候变干。湖光岩地区全新世中期的降温程度比亚洲季风区其他地质记录的反映更剧烈,这可能是地理位置差异造成的全新世季风演化差异性的体现。湖光岩地区全新世中后期的气候演化过程可能与厄尔尼诺系统存在联系。

激光剥蚀电感耦合等离子体质谱小激光斑束线扫描定量分析技术

采用激光剥蚀-扇形磁场电感耦合等离子体质谱(LA-SF-ICP-MS)技术建立了小激光斑束(<15μm)线扫描定量分析方法。对比了硅酸盐矿物LA-ICP-MS分析中不同激光进样模式(点剥蚀和线扫描)对于元素信号强度和分馏效应的影响。小激光斑束点剥蚀分析元素信号强度随时间下降明显,并且剥蚀过程中元素深度分馏效应影响明显。深度分馏效应主要是由于各元素倾向于富集在不同粒径颗粒中,而不同大小颗粒在剥蚀坑附近发生冷凝沉淀的几率差异造成。实验结果表明,相对于内标元素Ca,Na、K、Cr、Co、Cd和U等元素富集在更小颗粒中;Cu、Zn、V、Mn、Fe、Ni、Tl、W、Rb、Cs等元素与Ca富集行为相似;Al、Y、Sc、Zr、Nb、Hf、Ta、Th和REE等元素易进入大颗粒中。线扫描分析具有高且稳定的元素信号强度,分析过程中剥蚀行为一致,不受深度剥蚀效应的影响。采用双剥蚀池结构进样系统研究单脉冲激光剥蚀信号结构,不同元素信号强度降低至50%需0.8~1.2 s;降低至20%需1.2~1.6 s;降低至背景值需2~3 s。本研究通过优化仪器参数降低信号叠加作用的影响,在均质和非均质样品(榍石)线扫描分析中,获得了准确的元素含量和元素比值。线扫描定量分析技术可有效降低激光斑束(≤15μm),相对于采用线扫描元素强度分布研究,数据更加直观,可表现元素比值的变化特征。通过调整激光斑束大小和扫描速度可在不同分辨率尺度下全面了解矿物中元素的分布特征。

岩石剪切面纳米粒子层的近期研究进展

20世纪90年代,在各类岩石剪切面中相继发现纳米级和微米级超微粒子结构,近期结合力学、物理学成因研究又有新的进展.在超微观上,通过国内外的实例实测,从岩石剪切面纳米粒子层赋存展布的普遍性,结构特征的层次性,成因机制的非线性和功能效应的多样性四个方面,进行简要阐述,萃取更多信息.进而初步揭示了剪切摩擦黏性发育与纳米粒子形成间的共生关系,和剪切运动中岩石的分离、分凝和分层作用首先由纳米粒子层的滑移启动开始的.并分析了岩石塑性流变实质上是超微粒子(纳米-微米级磨粒)的运动,以及岩石剪切面纳米粒子层一些特殊的物理和化学地质作用等.诚然,纳米粒子层蕴涵的信息是丰富的,该项研究还处于起步开拓阶段,仅试图为构造地质学和相关学科领域提出新的理念和新的探讨平台.

高速铣削时硬质合金刀具与NAK80模具钢化学性能匹配研究

高速铣削加工时温度较高,易引起刀具与工件之间产生化学反应,加剧刀具与工件磨损,缩短刀具寿命。实现刀具材料和工件材料的化学性能匹配,可有效保证模具型面加工质量和提高生产效率。化学性能匹配主要从刀具材料与工件材料的氧化以及扩散方面进行研究。通过理论计算得到刀具与工件材料的化学反应自由能;结合高温氧化试验,研究NAK80模具钢的高温氧化产物并探究其抗氧化性能;基于变系数浓度扩散模型,利用元素扩散试验获得了NAK80模具钢与刀具材料间的元素扩散强度。结果表明,NAK80模具钢的氧化程度随温度升高而加剧,温度高于1300K可发生完全氧化;NAK80模具钢中的Fe元素扩散深度随硬质合金刀具中Co元素含量的增加而增加。

同步辐射X射线荧光光谱测定沉积物中元素含量的归一方法研究——以四海龙湾纹层沉积物为例

同步辐射X射线荧光光谱分析(SRXRF)是一种基于同步加速器光源与X射线荧光光谱分析(XRF)相结合的原位分析方法,可以直接对沉积物进行扫描获得每个点的能谱图,从而计算元素含量的相对变化。但是由于荧光光谱定性和定量分析中存在的问题,国内发表文献中各种XRF原位分析数据均以相对含量或者计数表示。本文通过对各种标准物质(土壤、沉积物和岩石)的SRXRF分析,结合标准样品的定量数据,对同步辐射X射线荧光光谱的定量方法进行了研究。鉴于元素质量数和谱线强度的差异,不同元素需要运用不同的归一方法。对于K和Ca元素,采用ROI_(0-195)背景归一;Ti元素采用ROI_(293-303)背景归一;Mn元素采用ROI_(214-222)背景归一;而较高序数的元素Fe采用拟合康普顿散射峰归一。通过上述归一方法,我们获得了K、Ca、Ti、Mn和Fe元素的定量标准曲线,相关系数分别为0.89、0.98、0.96、0.93和0.98。运用标准样品对各元素的定量标准曲线进行检验,结果表明:Fe元素含量预测的平均相对偏差小于10%,K、Ca和Ti的平均相对偏差小于20%,Mn的相对偏差较大,为35.9%。从总体上看,SRXRF获得的数据可以基本满足湖泊沉积物中元素分析的定量化需求。为验证SRXRF方法能否揭示元素含量的季节性变化,我们对四海龙湾纹层沉积物进行了分析,按选定的归一方法计算样品中元素特征谱线的强度,利用各元素的标准曲线计算岩芯沉积物中元素含量。K、Ca、Ti、Mn和Fe元素含量具有明显的季节韵律变化,浅色碎屑微层中Ti和Ca含量较高,而Mn和Fe丰度的高值对应于暗色有机质-碎屑混合层。初步研究结果表明同步辐射X射线荧光光谱分析可以揭示湖泊中沉积的元素的季节性变化,对研究过去季节-年尺度的古气候、古环境变化具有重要的科学意义。