應(yīng)用ICP-MS對(duì)石樣檢測(cè)及分類

王 瑩, 姜 楠, 紀(jì)博睿

(沈陽(yáng)師范大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院, 沈陽(yáng) 110034)

0 引 言

在天體化學(xué)中,隕石無疑是最具代表性的一類物質(zhì),不同類型的隕石保存了行星演化歷史的各種信息[1]。對(duì)人類認(rèn)識(shí)地球的演化,以及對(duì)科學(xué)家研究地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)具有十分重要的意義[2]。在1998—2010年期間,我國(guó)對(duì)南極科技考察活動(dòng),使中國(guó)成為世界上隕石存有量最多的國(guó)家之一,并且有力的推動(dòng)了中國(guó)隕石學(xué)科的發(fā)展[3-5]。隕石可分為3大類:石隕石(主要成分是硅酸鹽)、鐵隕石(鐵鎳合金)和石鐵隕石(鐵和硅酸鹽混合物)。隨著專家學(xué)者對(duì)化學(xué)群隕石的深入研究,逐漸取得了較為重要的成果,這其中就包括隕石中前太陽(yáng)顆粒的發(fā)現(xiàn)和研究,隕石中的滅絕核素和中國(guó)第一個(gè)隕石坑的證實(shí)等[6-11]。隨著科技的進(jìn)步與發(fā)展,越來越多專家學(xué)者通過運(yùn)用精密科學(xué)儀器進(jìn)行研究與探索。在21世紀(jì)初,ICP-MS是多元素分析的首選儀器,可同時(shí)分析多種金屬元素,靈敏度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他光譜測(cè)定技術(shù),在地球化學(xué)及環(huán)境分析等方面起到特別重要作用[12-17]。電感耦合等離子體質(zhì)譜儀是使用電感耦合等離子體作為離子源,是通過質(zhì)譜儀對(duì)大量無機(jī)元素進(jìn)行測(cè)定的有效技術(shù)。電感耦合等離子體質(zhì)譜的儀器靈敏度隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展而有效提高,并且具有非常好的測(cè)定精度,可靠性也非常強(qiáng), 自動(dòng)化程度也越來越高,在儀器抗干擾方面也有了極大的發(fā)展[18]。電感耦合等離子體質(zhì)譜儀屬于精密分析儀器,是一門集合了化學(xué)、機(jī)械等多個(gè)學(xué)科的應(yīng)用技術(shù)[19-23]。本文采用微波消解法對(duì)石樣進(jìn)行樣品前處理[24-31]。并采用安捷倫公司所產(chǎn)7900型ICP-MS對(duì)從隕石收藏家獲得的幾種石樣進(jìn)行元素分析,從而判斷隕石的類別和真?zhèn)巍?/p>

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(7900型)(美國(guó)安捷倫有限公司)

微波消解儀(意大利Anton Paar公司)(微波消解儀的工作參數(shù)如表1所示)

加熱板(BHW型)(上海博通化學(xué)科技有限公司)

硝酸(優(yōu)級(jí)純)、鹽酸(優(yōu)級(jí)純)、氫氟酸(優(yōu)級(jí)純)

樣品來源:石樣1(內(nèi)蒙白旗)、石樣2(內(nèi)蒙白旗)、石樣3(內(nèi)蒙錫林)、石樣4(岫巖隕石坑)。

1.2 測(cè)定方法: ICP-MS法

將固體樣品放在研磨機(jī)中進(jìn)行打磨,待磨成粉末狀之后,用分析天平準(zhǔn)確稱量0.100 0 g樣品,將樣品放入聚四氟乙烯的微波消解罐中,加入6 mL硝酸,2 mL鹽酸,3 mL氫氟酸,按照微波消解儀的工作參數(shù)進(jìn)行消解操作,工作參數(shù)見表1。消解完后,放到145 ℃加熱板上進(jìn)行趕酸,待溶液體積約為0.5 mL,冷卻,用2%硝酸定容于50 mL容量瓶中。

表1 微波消解工作參數(shù)Table 1 Operating parameters for microwave digestion

1.3 ICP-MS對(duì)樣品中元素含量的測(cè)定

采用ICP-MS法對(duì)4種石樣的53種元素進(jìn)行元素含量的測(cè)定,選出其中含量較多的22種元素進(jìn)行進(jìn)一步分析,結(jié)果如表2。

表2 ICP-MS元素含量分析Table 2 Analysis of element content by ICP-MS μg/g

續(xù)表2 μg/g

注:—表示未檢出

由表2可知,石樣1和石樣2均來自于內(nèi)蒙古白旗,石樣1中V,Pr,Nb稀有金屬含量是石樣2的96.1、11.0、25.0倍,Mn元素含量是石樣2的511倍,Ti達(dá)到237倍。石樣2中含有大量的Sr、Al、B元素以及稀土Eu、Dy元素,且Al和Sr元素的含量比約為1∶5.4,Sr元素含量是石樣1的321倍。石樣3和石樣4含有大量Fe元素,且石樣4中Fe元素含量是石樣3的1.40倍,且均含有較多Al、Mn、Ti、W、Co等金屬元素,Sc、Pr、Eu、Lu元素在石樣3和石樣4中均未檢測(cè)到。

根據(jù)文獻(xiàn)[18-19]數(shù)據(jù)推測(cè),石樣1中各元素含量以及所占配比較符合石隕石中元素含量組分,石樣3和石樣4中各元素的含量配比較符合石鐵隕石,且2個(gè)石樣均含有常量元素Fe、Mg、Si、Al、Ca。石樣2中含量最多的元素為Sr,且Fe、Ti、V、Ni、Mg元素含量均低于其余3個(gè)石樣,據(jù)此推測(cè)石樣2并不屬于隕石,石樣2中含有大量的Sr、Al、B元素以及稀土Eu、Dy元素,且Al和Sr元素的含量比約為1∶5.4,根據(jù)石樣2未研磨前的顏色及形態(tài),并且國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 16553—2010[20]對(duì)人造硼鋁酸鍶進(jìn)行詳細(xì)描述,其中通式為M·N·Al2-XBXO4(M表示Sr、Mg、Ca、Ba堿土金屬,N表示Eu、Dy稀土類元素,0.1≤X≤1)。ICP-MS得到的Al的數(shù)據(jù)值為5 482 μg/g,B為6 836 μg/g,經(jīng)過計(jì)算可得X的值為1.51,明顯大于1。故可推測(cè)石樣2可能為非人造硼鋁酸鍶。

2 結(jié) 論

本文采用ICP-MS分析方法對(duì)4種石樣元素含量測(cè)定,得出石樣1中Si、Mg含量大致1∶11,而Fe、Al等其余常量金屬元素與Sn、Bi、Sr、Eu等稀土元素含量十分低,各元素含量以及所占配比符合石隕石中元素含量組分,故可推斷為石隕石;石樣2中Sr、Al元素的含量在所選元素中分別為43.60%、8.10%,根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 16553—2010對(duì)人造硼鋁酸鍶的規(guī)定和所測(cè)數(shù)據(jù),可推斷石樣2為非人造硼鋁酸鍶;石樣3、4均含有Fe、Mg、Si、Al、Ca常量元素以及Mn、Ti、W、Co等金屬元素,且Fe元素含量在所選元素中高達(dá)97.00%以上,故可推斷石樣3、4為石鐵隕石。通過ICP-MS的數(shù)據(jù)分析,對(duì)石樣種類的判斷提供了一種較為有效的分析手段與分析方法。