電感耦合等離子體質(zhì)譜技術(shù)及其在地質(zhì)樣品中的應(yīng)用

曹三勇

重慶市地勘局川東南地質(zhì)大隊(duì) 重慶 400000

電感耦合等離子體質(zhì)譜技術(shù)，是聯(lián)合質(zhì)譜技術(shù)、感耦等離子技術(shù)，屬于新型分析技術(shù)。上世紀(jì)八十年代，我國(guó)引入并適應(yīng)電感耦合等離子體質(zhì)譜儀器，注重研究?jī)x器的元素測(cè)定結(jié)果，技術(shù)原理與方法等?，F(xiàn)階段，國(guó)內(nèi)多數(shù)實(shí)驗(yàn)室測(cè)量痕量、超痕量元素中，多采用電感耦合等離子體質(zhì)譜技術(shù)。在實(shí)際應(yīng)用中，電感耦合等離子體質(zhì)譜技術(shù)應(yīng)用范圍持續(xù)擴(kuò)大，不僅體現(xiàn)在地質(zhì)科學(xué)研究中，同時(shí)應(yīng)用到環(huán)境、冶金、醫(yī)學(xué)、半導(dǎo)體、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。

1 電感耦合等離子體質(zhì)譜技術(shù)原理

電感耦合等離子體質(zhì)譜技術(shù)，離子源為電感耦合等離子體，通過(guò)質(zhì)譜計(jì)，對(duì)無(wú)機(jī)多元素分析技術(shù)進(jìn)行檢測(cè)，被分析樣品采用水溶液氣溶膠方式，可以進(jìn)入到氬氣流內(nèi)，通過(guò)大氣壓的氬等離子體中心，采用射頻能量激發(fā)方式，借助等離子體高溫效果，促使樣品去溶劑化、電力、汽化解離。等離子體通過(guò)不同壓力區(qū)，可以進(jìn)入到真空系統(tǒng)內(nèi)，按照質(zhì)荷比，分離正離子。通過(guò)檢測(cè)器，能夠?qū)㈦x子轉(zhuǎn)換為電子脈沖，采用積分方式，對(duì)線路計(jì)數(shù)進(jìn)行測(cè)量。比較分析現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)、參考物質(zhì)，能夠定量分析樣品痕量元素。

電感耦合等離子體質(zhì)譜技術(shù)，通過(guò)解救技術(shù)，可以結(jié)合質(zhì)譜儀、離子源的優(yōu)勢(shì)，比如干擾少、掃描快、靈敏度高等，可以形成同位素、元素分析技術(shù)。該項(xiàng)技術(shù)具備多種優(yōu)勢(shì)，例如線性范圍寬、測(cè)定元素多、檢出限低，可以擴(kuò)大應(yīng)用范圍，屬于強(qiáng)大的痕量超痕量無(wú)機(jī)元素分析法。

2 技術(shù)干擾與克服方法

在電感耦合等離子體質(zhì)譜技術(shù)中，主要受到質(zhì)譜干擾、非質(zhì)譜干擾。針對(duì)前者，涉及到多原子離子干擾，同量異位素重疊干擾、難熔氧化物干擾、雙電荷離子干擾。對(duì)于后者，包括高鹽量所致物理效應(yīng)、抑制增強(qiáng)效應(yīng)等。

在電感耦合等離子體質(zhì)譜技術(shù)應(yīng)用中，提出新型質(zhì)譜干擾措施。現(xiàn)階段，處理質(zhì)譜干擾，不僅包含以上儀器條件，還需要在測(cè)定之前，對(duì)干擾元素進(jìn)行分離處理，數(shù)字校正法，冷等離子體技術(shù)、動(dòng)態(tài)碰撞技術(shù)、反應(yīng)池技術(shù)。

非質(zhì)譜干擾，被稱為基體效應(yīng)，干擾效應(yīng)非常復(fù)雜，不同基體元素，都會(huì)影響待測(cè)元素，所產(chǎn)生的影響程度差異大。當(dāng)待測(cè)元素質(zhì)量數(shù)較低時(shí)，則會(huì)受到基體效應(yīng)影響。當(dāng)基體元素質(zhì)量數(shù)較大時(shí)，會(huì)產(chǎn)生明顯基體效應(yīng)?；w效應(yīng)、儀器透鏡系統(tǒng)，具備顯著關(guān)聯(lián)性?；w干擾效應(yīng)，能夠?qū)x器工作參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)加入技術(shù)、內(nèi)標(biāo)法、樣品引入技術(shù)，可以消除基體效應(yīng)，同時(shí)可以分離痕量元素。

3 地質(zhì)樣品分析中的技術(shù)應(yīng)用

3.1 貴金屬元素分析 貴金屬涉及到鉑、銀、金等元素，質(zhì)量范圍比較大，可以采用電感耦合等離子體質(zhì)譜技術(shù)檢測(cè)。然而在地質(zhì)樣品中，鉑、金元素含量少，且鉑元素分布不均勻。所以，實(shí)驗(yàn)室多應(yīng)用密閉溶樣、提純、分離、富集等方式處理，之后借助電感耦合等離子體質(zhì)譜技術(shù)檢測(cè)，具備準(zhǔn)確檢測(cè)結(jié)果。

3.2 稀土元素分析 稀土元素涉及到16種，通過(guò)電感耦合等離子體質(zhì)譜技術(shù)，發(fā)揮出譜線簡(jiǎn)單、靈敏度高、檢出限低等優(yōu)勢(shì)，可以準(zhǔn)確檢測(cè)痕量稀土元素。

3.3 常規(guī)微量元素分析 在地質(zhì)樣品中，注重分析常規(guī)微量元素，屬于重要檢測(cè)內(nèi)容。部分學(xué)者研究中，采用密閉罐消解、電熱板消解方式，做好土壤樣品前處理。按照加標(biāo)回收試驗(yàn)、標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)實(shí)驗(yàn)，結(jié)果顯示，當(dāng)消解方法不同時(shí)，可以有效檢測(cè)土壤不同礦質(zhì)元素。因此在某地區(qū)土壤樣品礦質(zhì)元素檢測(cè)中的應(yīng)用顯著。國(guó)內(nèi)學(xué)者分析了微波消解、電感耦合等離子體質(zhì)譜技術(shù)，將其應(yīng)用到沉積物、土壤樣品檢測(cè)中。還有部分學(xué)者，采用電感耦合等離子體質(zhì)譜技術(shù)，對(duì)沉積物、土壤、巖石內(nèi)的元素進(jìn)行檢測(cè)，例如銅、鎳、錳、鋰等。

3.4 非金屬元素分析 在巖石、水系沉積物、土壤中，碘、溴屬于重要指標(biāo)元素。部分學(xué)者采用電感耦合等離子體質(zhì)譜技術(shù)，對(duì)溶液內(nèi)碘、溴元素進(jìn)行檢測(cè)，檢出限低，測(cè)定現(xiàn)象范圍寬，且準(zhǔn)確度非常高。

硒元素會(huì)直接影響人類健康，因此被廣泛應(yīng)用到環(huán)境地球化學(xué)、生物化學(xué)等領(lǐng)域。國(guó)外學(xué)者，采用電感耦合等離子體質(zhì)譜技術(shù)，對(duì)巖石樣品的硒元素豐度比進(jìn)行檢測(cè)，通過(guò)巰基棉技術(shù)，將樣品內(nèi)的硒元素進(jìn)行分離。在技術(shù)應(yīng)用中，安裝氫氣發(fā)生器，再次純化分離樣品。還有學(xué)者通過(guò)八極桿碰撞室方法，對(duì)沉積物內(nèi)部硒元素進(jìn)行測(cè)量，同時(shí)分析稀土元素雙電荷離子，對(duì)硒元素比對(duì)測(cè)量的影響。

在植物生產(chǎn)中，磷屬于重要礦物質(zhì)元素，有效磷可以表示土壤中的磷吸收量，現(xiàn)已成為農(nóng)業(yè)化驗(yàn)室的常規(guī)化驗(yàn)項(xiàng)目。我國(guó)學(xué)者采用標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)，對(duì)石灰性土壤內(nèi)部有效磷進(jìn)行測(cè)定，方法檢出限為0.085μg/g。

3.5 同位素比值分析 在測(cè)量同位素時(shí)，應(yīng)用電感耦合等離子體質(zhì)譜技術(shù)的效果顯著，能夠加快測(cè)量速度、檢出限低、靈敏度高，在裂變產(chǎn)物同位素測(cè)量、生命科學(xué)、地質(zhì)學(xué)、地球環(huán)境化學(xué)中，都開(kāi)始廣泛應(yīng)用電感耦合等離子體質(zhì)譜技術(shù)，檢測(cè)同位素物質(zhì)。在近幾年發(fā)展中，逐漸改進(jìn)優(yōu)化了四級(jí)桿儀器，并且出現(xiàn)質(zhì)量分析器，例如碰撞反應(yīng)池技術(shù)、多接收器磁扇形技術(shù)、飛行時(shí)間等離子質(zhì)譜儀，明顯改善了同位素分析精密度。相比于二次電離質(zhì)譜、熱電離源質(zhì)譜技術(shù)，可以全面提升競(jìng)爭(zhēng)力。

按照相關(guān)學(xué)者研究顯示，分析高強(qiáng)不相容元素、中等不相容元素的巖石樣品中，中等不相容元素同位素，可以通過(guò)多接收等離子體質(zhì)譜分析法。對(duì)于高強(qiáng)不相容元素地質(zhì)樣品，采用分組試驗(yàn)方式，明確同位素比值和元素含量比值的關(guān)系曲線。國(guó)內(nèi)學(xué)者，采用電感耦合等離子體質(zhì)譜技術(shù)，精確測(cè)量釹同位素，采用平行地質(zhì)樣品分析顯示，電感耦合等離子體質(zhì)譜技術(shù)，可以并且釹同位素測(cè)定精確度，相比于熱電離質(zhì)譜法，電感耦合等離子體質(zhì)譜技術(shù)能夠獲得高精度數(shù)據(jù)，同時(shí)可以縮短分析時(shí)間，顯著提升應(yīng)用效率。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，電感耦合等離子體質(zhì)譜技術(shù)，可以有效測(cè)定痕量超痕量元素，有效作用于同位素比值分析中。對(duì)于電感耦合等離子體質(zhì)譜技術(shù)而言，可以聯(lián)合使用激光剝蝕技術(shù)、多形態(tài)分離技術(shù)，在分析元素微區(qū)原位時(shí)，應(yīng)用前景廣闊。