磁铁矿LA-ICP-MS原位微量元素分析方法研究

激光剥蚀电感耦合等离子体质谱(LA-ICP-MS)技术在矿物微量元素分析方面具有原位、高分辨率和高灵敏度等优势,近年来磁铁矿LA-ICP-MS原位微量元素研究进展迅速,并在地质领域得到了广泛应用。利用长安大学成矿作用及其动力学实验室Agilent 7700X四极杆等离子体质谱和Photo Machines Analyte Excite 193 nm激光,建立了LA-ICP-MS测定磁铁矿原位微量元素组成的分析方法。以美国地质调查局(USGS)玻璃标样BIR-1G、BHVO-2G、BCR-2G和GSE-1G为校正标准,采用无内标-多外标法对磁铁矿中微量元素进行了定量计算,并测定了NIST612和自然岩浆磁铁矿BC28的微量元素组成,以评估本实验室建立方法的可靠性。结果表明,NIST612所有微量元素的相对标准偏差(RSD,N=30)变化于1.31%~6.33%之间,多数元素的测定结果与推荐值及前人LA-ICP-MS方法测定值的相对误差小于10%;BC28大部分微量元素的相对标准偏差(RSD,N=30)小于10%,其中11个重要微量元素与前人LA-ICP-MS测定值的相对误差基本小于10%。以上结果表明本实验室建立的方法可以实现对磁铁矿原位微区微量元素的分析测定,分析数据结果准确可靠,具有良好的应用前景。

LA-ICP-MS原位测定硫化物矿物微量元素的方法研究

利用New-Wave 193ss型193 nm激光器与Agilent 7500a型四级杆等离子体质谱仪联用的LA-ICP-MS系统,建立了一套原位硫化物矿物微量元素的测试方法。本实验采用单点剥蚀连续自动采集模式,采用美国国家调查局的玻璃标准物质NIST610为主标,对硫化物校准物质MASS-1进行测试,Si为外标物质的内标元素,分别选取Fe、Cu、Zn为盲样内标元素的双内标组方法进行数据处理,处理软件采用Glitter4.4.4。结果表明:综合选取两组内标Si-Fe和Si-Zn或Si-Cu和Si-Zn进行数据处理,硫化物校准物质MASS-1中已有推荐值的所有元素测试值与推荐值相对误差都在±20%以内,所有元素测试值相对标准偏差都优于10%,大部分元素优于5%。

LA-ICP-MS及其在黄铁矿原位微区分析方面的应用

激光剥蚀电感耦合等离子体质谱仪(LA-ICP-MS)是20世纪80年代以来发展起来的原位、微区、微量元素分析技术。其应用方面已相当广泛,锆石U-Pb同位素测年和矿物的原位微区分析方面的应用为LA-ICP-MS的发展提供了很广阔的空间。本文主要介绍了LA-ICP-MS的原理及工作流程,综述了其发展现状及面临的问题。并阐述了其在黄铁矿原位微区方面的应用方法及研究意义。

底栖有孔虫(Florilus decors)壳体微量元素/钙比值的LA-ICP-MS原位微区分析方法及应用——以长江口外海域为例

深海沉积物中有孔虫壳体的微量元素、同位素测试技术已较为成熟,而河口近海沉积物中有孔虫壳体元素微区测试却鲜有报道。本文报道了一种利用激光剥蚀电感耦合等离子体质谱(LA-ICP-MS)分析法测试取自长江口外沉积物中的有孔虫壳体元素/钙比值的技术,研究了氦气载气流量、能量密度、束斑大小、激光剥蚀频率等参数对测试结果的影响,优化了活体有孔虫原位分析方法。应用确定的测试条件对2016年7月取自长江口外的底栖有孔虫优美花朵虫样品(Florilus decors)进行测试,发现Mg、Sr等元素/钙比值在壳体不同位置上无显著差异,而Mn的数据较为离散,可能与有孔虫生长过程中经历的水环境及其变化有关。

黄铁矿LA-ICP-MS原位测试与分析

近年来,激光剥蚀电感耦合等离子质谱(LA-ICP-MS)技术在黄铁矿检测分析方面得到了广泛应用,为黄铁矿原位地球化学研究提供了大量有价值的信息,为揭示矿床成因提供了新的手段。系统介绍了黄铁矿LA-ICP-MS制靶、测试和数据处理等相关流程,并对数据质量进行了评述,供相关研究参考。

桂北向阳坪铀矿床矿石矿物LA-ICP-MS原位稀土元素地球化学特征及其对成矿流体的制约

向阳坪铀矿床是桂北苗儿山地区最具代表性的花岗岩型铀矿床,对该矿床矿石矿物REE开展了微区原位研究并结合前人研究成果进行了综合分析,表明铀黑∑REE介于689.12×10^-6~869.31×10^-6之间,LREE相对富集,HREE相对亏损具强Eu负异常及Ce正异常,TE1,3值介于1.26~1.33之间,具典型M型四分组效应;沥青铀矿∑REE介于569.73×10^-6~3373.83×10^-6之间表现出两种特征:①LREE富集,HREE亏损,轻重稀土元素分馏程度较大具强Eu负异常和弱Ce正异常,配分曲线呈右倾型;②轻重稀土元素分馏程度较小,Eu负异常明显弱Ce负异常,配分曲线呈海鸥型。围岩稀土元素配分模式相似,Y/Ho值范围狭窄,指示具有相同物源;矿石矿物稀土元素与围岩存在较大差异,亲缘性不明显。成矿作用伴随围岩发生蚀变及围岩高铀背景;成矿流体具多阶段、富U-Y-REE特征,铀主要来自深部热液,围岩贡献不显著;矿床定位受构造-岩体联合控制,矿体规模、形态受构造规模、产状控制。

硅酸盐矿物LA-ICP-MS元素分析研究

LA-ICP-MS是硅酸盐矿物元素原位分析的重要方法之一,而该方法的准确分析受到仪器条件、信号漂移校正、标准物质选择策略、定量校正方法等因素的影响。本文结合试验以及当前LA-ICP-MS硅酸盐矿物研究对其分析的影响因素进行探讨,结果表明NIST玻璃标准和地质标准之间存在基体差异影响,但也能用于硅酸盐矿物定量分析,采用多标准有助于分析的准确,从而满足不同硅酸盐样品的准确分析,而基本归一法适用于硅酸盐矿物特别是无水矿物的分析测定。

原位微区X射线荧光分析在矿物学研究中的应用

从新疆采集了13件岩矿石样品,用于研究蚀变过程中矿物的元素含量变化特征。成都理工大学研制的IED-6000型原位微区X射线荧光分析仪被应用于获得蚀变过程中矿物的化学和物理数据。这种无损的微区X射线荧光分析仪主要是以低功耗X光管和电致冷Si-PIN半导体探测器为基础,采用毛细管X射线透镜实现微区测量的功能,并且能够集成到任何显微镜上进行测量,焦斑长轴直径约110μm。通过微区X射线荧光测量,将黝铜矿更正为黄铁矿,提高了矿物鉴定的效率及准确性;在蚀变剖面研究中,矿化岩石样品的长石颗粒都富含Cu和Zn元素,可以作为找矿直接指示元素。Cr,Mn和Co等元素含量与矿化程度呈负相关。

X80管线钢焊缝区金属元素原位定量分析研究

X80高钢级管线钢是我国长距油气输送管线的主要用材,应用过程中发现不同厂家钢板焊后焊缝金属韧性差异较大,严重影响油气储运安全。迫切需要一种能对沿焊缝厚度方向的元素分布进行快速、准确原位定量分析的方法,帮助探索X80管线钢母材与焊材的共同作用对焊缝金属韧性的影响机理。提出一种用LA-ICP-MS法对钢材焊缝中Mn元素、Ni元素、Cr元素、Al元素及Nb元素进行原位定量分析的方法。通过优化激光脉冲频率20 Hz、激光能量100%(激光输出Imaged Aperture模式)、剥蚀孔径100μm及离焦距离0μm等提升质谱信号的强度及稳定性。实验采用基体匹配的标准样品进行校准,以基体元素^(57)Fe作为内标辅以校正。通过对相关质谱干扰进行分析,优选同位素^(27)Al、^(53)Cr、^(55)Mn、^(60)Ni及^(93)Nb。该方法线性相关系数达0.9927~0.9996,定量限0.23~2.57μg·g^(-1)。将建立的LA-ICP-MS微区原位定量分析方法应用于分析焊材相同而母材成分不同的2种X80管线钢焊缝中的元素含量分布。发现在两种母材中含量接近的Mn、Cr、Al、Nb元素在焊缝根部表现的稀释情况相当,而在两种母材中含量差异较大的Ni元素在距焊缝根部8.4 mm以内的含量差异显著。冲击试验结果显示,母材中Ni元素含量高的焊缝韧性相对明显高。对焊缝根部进行SEM分析,发现Ni元素含量提高利于生成板条状贝氏体组织。分析结果表明,X80管线钢中加入0.14%的Ni元素可减少母材对根部焊缝金属中Ni元素的稀释作用,较高的Ni元素含量通过促进低温板条贝氏体相变而提高焊缝冲击韧性。所建立的LA-ICP-MS原位定量分析方法对保障X80长输管线的安全运行有借鉴意义。

U-Th-Pb副矿物的原地原位测年微束分析方法比较与微区晶体化学研究

系统地对比分析了各种微束分析技术在原地原位测年中的优势和局限性,并对近年发展的微区原位化学测年技术(EPMA)和质子激发X射线微探针分析技术(μ-PIXE)进行了探讨。阐明了矿物微区晶体化学研究的各种方法及其对实现精确原地原位测年的重要性。介绍了北大别黄土岭麻粒岩锆石测定点的晶体化学特征,应用激光剥蚀微探针—感应耦合等离子体质谱(LAM-ICPMS)技术对其进行了锆石的U-Pb表面年龄的测定,结果表明该岩石的麻粒岩相变质发生在2.050Ga前,锆石来源为多源区。

LA-ICP-MS在锆石微区微量元素分析中的应用

采用UP 213 Nd:YAG固体激光剥蚀系统和X Series 2型ICP-MS,以NIST610为外标,Si为内标,分析了3个不同标准锆石样品GJ-1、Pleovice和Qinghu中元素的组成和分布。建立的方法分析USGS玄武岩标准玻璃样品BCR-2中的34种元素时,分析结果相对误差<10%的有22种元素,>25%的只有2种元素,相对标准偏差<10%的有31种元素。3个不同标准锆石样品微量元素测定结果表明:各锆石样品的微量元素变化范围较大,从Hf在Pleovice锆石样品中的最高值26 099μg/g到La在GJ-1样品中的最低值0.007 7μg/g,相差可达7个数量级;总体上Qinghu锆石样品中的各元素含量都明显高于GJ-1和Pleovice样品;3个锆石样品的稀土元素球粒陨石标准化曲线也显示了不同的轻重稀土元素分异和Ce、Eu的富集异常;但对于单一锆石,其配分模式相似,这同时也表明所测数据的准确性。

上黑龙江盆地虎拉林金矿床黄铁矿LA-ICP-MS原位测试及其对矿床成因的制约

位于上黑龙江盆地内的虎拉林金矿床为区域重要的金矿床之一,关于该矿床的成因一直存在较大的争议。为厘清虎拉林金矿床成矿物质来源及赋存状态,确定矿床成因及形成机制,作者运用LA-ICP-MS原位测试技术,分析了矿床中不同期次黄铁矿的元素组成。结果表明,该矿床存在PyⅠ、PyⅡ和PyⅢ三期黄铁矿,不同期次黄铁矿的微量元素组成差异明显,PyⅡ为金主成矿期,其Cu、Pb、Zn、Ag、Au、Bi、As、Mo、V、Cr、Mn、Sb、Sn和Ga等微量元素含量较高。在PyⅠ、PyⅡ和PyⅢ三期黄铁矿中, Co、Ni、As、Se以类质同象形式赋存于黄铁矿中;而Cu、Pb、Zn、Bi及Te、Mo、V、Cr、Mn、Sb、Sn、Ga分别以金属矿物微粒及纳米微粒金属矿物包体存在于黄铁矿颗粒中或间隙;Au、Ag以银金矿微粒形式存在于黄铁矿晶体及间隙中,且As在Au的迁移、富集和沉淀等过程中具有重要的作用。三个不同期次黄铁矿的Co/Ni值均小于10,且在Co-Ni成因判别图中PyⅠ主要分布于沉积区, PyⅡ与PyⅢ则主要分布于沉积改造区及岩浆区。结合研究区区域地质背景、矿床地质特征及黄铁矿微量元素特征,认为虎拉林金矿床首先经历了早期沉积作用,之后受到来自含Au、Ag、Cu、Pb、Zn、Bi等元素成矿流体的热液叠加改造,成矿物质源于早白垩世深部岩浆,且成矿过程中存在岩浆热液与早期沉积地层的混染作用,是典型的斑岩型金矿床。

基于原位观测法研究超临界二氧化碳与水影响煤储层矿物和孔裂隙结构的新方法

CO_(2)提高煤层气采收率(CO_(2)-ECBM)技术能够在封存CO_(2)的同时增产煤层气,兼具碳减排和能源开发的双重效益。在深部储层高温、高压、含水状态下,超临界CO_(2)(ScCO_(2))-H_(2)O-煤体系会发生一系列的地球化学作用,进而导致煤储层矿物与孔裂隙结构发生显著变化,并直接影响CO_(2)-ECBM的有效性。通过室内物模实验,充分利用全自动矿物分析系统(AM)具有提供大尺寸高分辨率背散射图像的优势,实现了原位观测,并结合图像处理方法,对反应前后矿物和孔裂隙的参数变化进行定量分析,由此揭示了不同尺度矿物和孔裂隙在数量、面积及分形维数上的变化规律,形成了研究ScCO_(2)-H_(2)O-煤地球化学作用下矿物变化对孔裂隙影响机理的新方法。研究结果表明:①ScCO_(2)-H_(2)O对煤中碳酸盐矿物的溶解作用最为显著,而对长石、磷灰石和黏土矿物的影响相对较弱;②碳酸盐矿物的溶解和煤体的溶胀作用促进了新的孔裂隙和裂缝的形成,尤其是在直径大于10μm的孔裂隙;③碳酸盐矿物部分溶解可增加孔裂隙形态的复杂性,而晶胞型充填碳酸盐的完全溶解则会降低孔裂隙的分形维数。结论认为,该研究方法可更直观和科学地揭示ScCO_(2)-H_(2)O-煤地球化学作用下,矿物变化对孔裂隙的影响机理,还可应用于其他研究背景中储层物性原位改造的机理分析,如压裂液作用、微生物作用、酸化作用等。

LA-ICP-MS分析方法综述

LA-ICP-MS是一项集原位、微区、微量元素分析于一体的检测技术,主要是由2台仪器组成,即激光装置(LA)和成分分析仪器装置(ICP-MS)。自首次将等离子体质谱仪和激光剥蚀进样方法结合使用以来,经过几十年的研究发展,该项技术在性能、仪器结构和实际分析应用领域都取得了突破性进展。LA-ICP-MS分析测试方法具有分析速度快,进样效率高,能够提供原位、实时的样品含量信息、多元素同时测定、可提供同位素比值信息的检测能等诸多优点。近年来,LA-ICP-MS分析测试方法由于其明显的优势在地球科学研究中得到了广泛应用。

基体归一定量技术在激光烧蚀-等离子体质谱法锆石原位多元素分析中的应用

探讨了内标法和基体归一法校准的基本原理。基体归一校准法的基本步骤为:先用简单外标法测得样品中尽可能全的主、次、痕量元素含量,氧化物加和后进行100%归一,得到灵敏度校正系数,对所有元素的测定结果进行修正。修正结果的可靠性在很大程度上取决于测定元素是否"完全"。由于锆石的基体元素组成简单且易于测定,很适合用基体归一法校准。在激光剥蚀-电感耦合等离子体质谱法(LA-ICP-MS)微区原位分析中,应用基体归一校准法的最大优点是:可以避免预先用其它微区分析技术对未知样品中的内标元素进行定量。该技术可适用于具有环带结构、难以找到均匀分布的内标元素的地质样品的元素空间分布测定。在高分辨ICP-MS(Element2)和NewWave-UV-213激光系统上,应用基体归一定量技术同时分析了锆石中主、次、痕量共54种元素。对未知锆石样品的分析,基体归一法与内标法结果的一致性令人满意。分析德国蛇纹岩标准玻璃ATHO-G中相对误差<25%的有52个元素,<10%的有36个元素;大多数元素的相对标准偏差<10%。

甘肃阳山金矿载金黄铁矿硫同位素Nano-SIMS原位分析

硫同位素示踪是矿床研究的重要手段之一,它在示踪成矿物质来源方面具有极其重要的作用。由于阳山金矿床的载金黄铁矿普遍发育环带结构,显示多期热液活动的特点,而前人研究往往得到整颗粒黄铁矿硫同位素的混和值,因而无法将不同阶段的硫同位素来源区分清楚。本次研究采用纳米二次离子质谱分析技术(NanoSIMS)对不同阶段的黄铁矿的不同部位进行了原位硫同位素分析。结果表明,斜长花岗斑岩脉中载金黄铁矿的硫同位素分布基本表现为核部高、环带低的特点,其中,黄铁矿核部的δ34S值为0~1.3‰,显示硫来自于深源岩浆,而环带的δ34S值为-4.5‰^-1.3‰,表明成矿过程中的硫主要来源于岩浆硫,同时可能还有部分沉积硫的混入;千枚岩中草莓状黄铁矿和自形黄铁矿核部的δ34S值均较低(平均值分别为-22.2‰和-26.5‰),显示细菌还原海水硫酸盐过程所产生的硫同位素特征,而自形黄铁矿环带的δ34S值为-5.1‰~1.3‰,同样显示硫来源于岩浆硫与一定程度沉积硫的混合。笔者综合研究区内岩浆活动与成矿的关系后认为,岩浆活动与成矿关系密切,岩浆活动的频发不仅为流体运移提供了足够的热源,同时还带来了丰富的成矿物质。

离子探针测试方法及其在矿物微区微量元素和同位素分析中的应用

离子探针能在单矿物颗粒内进行微区原位直接分析工作,主离子束斑大小可聚焦在5μm以内,可以检测到10-9级的微量元素,同位素分析的精度高达1‰,在地球科学领域有着广泛的应用。详细叙述了离子探针的工作原理以及微量元素成分和同位素组成的测试方法,列举了其在天体化学和地球化学研究领域的主要应用,总结了一系列的研究成果,并首次公开发表离子探针微量元素测试技术研发工作中取得的一些实验结果。

北秦岭铜峪铜矿床铅同位素组成的飞秒激光剥蚀多接收等离子体质谱微区原位分析测定及其地质意义

近年来铅同位素组成被认为是判断成矿物质来源及其形成大地构造环境的理想指标,因此铅同位素组成的准确分析测定应值得重视。西北大学大陆动力学国家重点实验室首次在国内建立了飞秒激光剥蚀多接收等离子体质谱(FLA-MC-ICPMS)Pb同位素的高精度微区原位分析方法(Yuan et al.,2013),然而,直到目前国内外均未见到该分析方法在矿床学研究领域的工作和认识成果报道。

吉林省西岔金银矿床多阶段石英原位组成及地质意义

西岔金银矿床为早白垩世中温热液脉型,主要产金,伴生银。成矿过程先后经历了热液成矿期和表生成矿期。其中,热液成矿期可划分为3个成矿阶段,每个成矿阶段都发育热液石英。利用LA-ICP-MS原位微区分析技术,对不同成矿阶段石英开展了微量元素组成分析。结果显示,第二阶段为主成矿阶段,矿化最为强烈,是金的主要生成阶段。载金矿物以硫化物为主,但第二阶段Sb、Bi含量显著升高,Au、Ag与Cu、Pb、Zn等金属元素具有正相关关系,说明主成矿阶段的载金矿物可能还有碲化物和铋化物,以微颗粒形式包裹于石英中。基于热液石英Ti含量构建的石英Ti地质温度计显示,热液成矿期成矿温度逐渐降低。石英中Al、Ti、Li含量的规律性变化,表明成矿流体pH逐渐升高,由最初的酸性逐渐向中性、弱碱性演化。

石英和锆石Ti温度计在地学中的应用及其Ti含量的微区分析技术进展

石英和锆石Ti温度计在地球科学研究领域具有广泛的应用,本文系统回顾了石英和锆石Ti温度(压力)计发展史,并综述了其在地学中的典型应用实例。当前主要有3个石英Ti温度计和2个锆石Ti温度计计算公式,这些公式的使用范围和适用的地质情况已有统一的认识。石英和锆石Ti温度计应用的前提是Ti含量的准确测定。本文综述了现有Ti元素含量微区分析技术(电子探针、离子探针和激光剥蚀电感耦合等离子体质谱),重点讨论了激光剥蚀电感耦合等离子质谱在石英和锆石Ti分析的技术难点,包括不可控的剥蚀行为、多原子离子团干扰、缺乏基体匹配的标准物质等。最后展望了该技术未来发展趋势,特别是采用飞秒激光、高灵敏度/高分辨SF-ICP-MS、三重四级杆ICP-MS等仪器,有望实现低含量(<5.0×10^(-6))Ti的准确测定,这为石英和锆石Ti温度计的广泛应用提供有力保障。