地质样品中ICP-MS法测试稀土元素样品前处理研究

＊刘俊英

（广东省地质局第五地质大队 广东 526040）

地质样品中ICP-MS法测试稀土元素样品前处理研究

＊刘俊英

（广东省地质局第五地质大队 广东 526040）

本文对地质样品中ICP-MS法测试稀土元素样品前的处理进行了相应的研究，经过一系列的研究之后发现，这种测试方法有着非常大的优势，在分析技术的领域发挥着至关重要的作用。在样品处理前，有多种因素对传统分析法产生影响，使得测试的结果不准确，在这样的条件之下，相关的工作人员需要对不同方法的使用和要求有一定的了解，能够很好的掌握相关的内容，从而让测试的结构更加的准确，得出的结论更加清晰。

地质样品；ICP-MS法；稀土元素；样品

1.前言

在稀土检测中经常使用到的方法是ICP-MS，本文通过原子荧光光谱法、火焰原子吸收荧光光谱法和原子发射光谱法进行比较，从而发现了ICP-MS法测试稀土元素样品的时候有一定的特征，包括检出限偏低、线性范围较宽，而且测试出的元素是比较多的，测试的成本并不高。地质样品的测试需要和实际样品的特质进行相应的结合，然后选择出合适的测试方法，采取这样的手段能够在一定程度上减少试验过程中产生的污染物，弱化其对于生态环境的破坏，还可以减少成本的投入，更加高效、便捷的达到测试的目的。

2.实验部分

（1）主要的仪器和材料

主要的仪器：ICP-MS、电热板DRB-3系列、氯化氢、硝酸、双氧水、硫化氢、电热鼓风干燥箱、微波消解仪。

实验中需要用到的标准溶液是稀土标准溶液系列。

（2）电热板敞口溶法消解操作基本步骤

称取样品0.2500克，将其放在50毫升的聚四氟乙烯坩埚中，滴进几滴水，让它保持在湿润的状态，然后将5毫升的硝酸、10毫升的铪和2毫升的硫化氢一次放入其中，在电热板上放上聚四氟乙烯坩埚，直到硫酸出现冒烟的现象再把它拿下来。加热的温度需要在一定的掌控范围之内，间隔一小时就需要将温度上升50度，最高温度达到200度，在这个过程中，将8毫升的王水加入其中，然后再放到电热板上加热，溶液的体积要保持在2毫升到3毫升之间，还需要冲洗杯壁，杯壁的冲洗过程需要用到10毫升的去离子水，稍微加热大约7分钟，溶液呈现清亮的状态就可以了。将溶液提取到25毫升有刻度带塞聚乙烯试管中，然后用去离子水稀释至刻度，将其摇匀。取1毫升的液体放在10毫升的聚乙烯试管中，用3%的硝酸进行稀释，到刻度即可，然后将其摇匀。

（3）高压密闭消解操作步骤

称取样品0.1000克，将其放在封闭溶样器的聚四氟乙烯内罐中，将1.5毫升的硝酸、2毫升的铪依次放入，把盖子盖好，放在钢套里。然后把它放在烘干箱中，将它在190度的环境中放置48小时。保证溶样器已经冷却，然后将聚四氟乙烯内罐取出来，再把它放在电热板上蒸发到干燥的状态。将1毫升的硝酸加入其中蒸发至干，把这个步骤再重复操作一次。再加入5毫升的氯化氢，将其封闭于钢套中，待在150度的环境中5个小时，将其冷却，容量维持在25毫升。还要将溶液稀释4倍，最后进行ICP-MS的测定。

（4）微波消解法操作步骤

称取样品0.2000克，将样品放在微波消解罐中，然后加入4毫升的硝酸放置在里面，浸泡的时间至少是半小时，再将2毫升的双氧水和4毫升的铪放在里面，接着进行消解程序的安装，完成这一步之后，在罐内压力消除和罐体冷却的状态之下，取出聚四氟乙烯罐，把它敞开放在电热板上，对其进行加热，加热的温度维持在180度，通过加热让铪挥发，然后将8毫升的硝酸加入其中，在电热板上加热至溶液体积剩余2-3毫升，用去离子水冲洗杯壁，稍微加热7分钟，使溶液呈现清亮的状态，取下冷却。再把溶液提取到25毫升带刻度的聚乙烯试管中，用去离子水稀释至刻度，摇匀。用移液枪移取清液1毫升放在10毫升的聚乙烯试管中，加入浓硝酸1毫升定容摇匀。

3.结果与讨论

对GSD-9水系沉积标准样品、GSS-7土壤标准样品和GSR-4岩石标准样品进行充分的使用，采取有效的方法开展消解工作，达到消解的目标，所采用的消解方法包括三种，分别是电热板消解、密封容器消解和微波消解，在消解的过程中，需要将相应的物质加入其中，所加入的酸要能够保证样品充分溶解，并且分别测得样品中的15种稀土元素的含量。从实验的结果可以看出，在相同的ICP-MS仪器条件之下，得到的检测结果是微波消解法要比电热板敞口溶法和高压密闭消解更加的有效，所具有的优势更加的明显。

通过试验可以看出，与传统电热板消解法相比较，微波密闭消解有着非常鲜明的优势，包括了五个方面。

第一，与传统的电热板消解法相比，微波消解法有着更大的优势，具备一定的特点，包括消解完全、加热迅速、消解时间非常短、污染少等等。微波消解酸的沸点是很高的，正是由于这一特性的存在，使得双氧水的性能增加，而且本来不能消解的样品也可以消解了。

第二，传统电热板在消解每个样品的时候需要用到的酸是有一定的数量的，维持在30毫升左右，微波消解法在应用的过程中所需要的酸的数量在15毫升左右，所用的酸的数量少的原因是密闭酸溶可以保持酸积，可以在一定程度上减少酸的挥发，同时，试剂带入的杂质元素的干扰也减少了，使得空白值明显变小，将分析的灵敏度进行了相应的提升。

第三，传统电热板的加热时间是比较长的，这一特点使得挥发性成分大部分到了空气中，空气中的很多因素对其也有着一定的污染，加热的过程中通常是几个杯子放在一起加热，那么，就使得交叉感染的问题出现了。在这一方面，微波加热也有它的优势，变热的过程是在密闭的空间中进行的，将污染的可能性大大降低了，回收率是非常高额的。同时，微波加热的方式在操作方面也有着突出的特征，操作简便、效率高，对于分析的准确度和灵敏性的提高也有着非常大的帮助。

第四，微波消解方法的应用是在封闭空间中进行的，那么，对于酸的使用就在一定程度上降低了，而且操作是非常简便的，并不像传统的消解法那样的费时费力，所呈现出的效果也是非常好的。与敞口电热板相比，微波消解法的劳动强度有了很大程度的降低。

第五，微波消解的方法所需要用到的时间是比较短的，在一定程度上节省了电，所需要投入的成本也减少了。

微波消解的特征是非常鲜明的，包括污染小、准确度高、速度快等，在地质样品的消解中发挥着重要的作用，是非常适合的一种消解的方法。本实验选用微波消解法来进行样品前处理。地质样品可以选用硝酸、高氯酸和铪或者是硝酸、硫化氢和铪等混合酸溶矿。不过，微波密闭消解是在完全封闭的状况下进行的，例如，在果酸体系中含有高氯酸，在分析的过程中，进行加热的时候，高氯酸就会分解膨胀，导致严重的安全问题的产生，硫化氢的粘度是比较大的，不能很好的进行封闭消解。除此之外，硫化氢和高氯酸的主要作用是将酸的沸点进行相应的提高，利用微波消解这种方法是可以实现的。非常多的硅酸盐、氧化物和有机沉淀物在地质样品中，在这样的条件之下，分解时并不能将其完全分解，在一定程度上抑制了被测稀土元素的溶出，铪、双氧水可以把硅酸盐和氧化物完全分解，适合稀土的分析测试。将样品的充分溶解作为重要的基础和前提，最少的混酸为原则，本实验所选择的方式是硝酸、铪和双氧水酸体系溶解样品。

4.结论和建议

本文通过试验对电热板敞口溶法、高压密闭法和微波消解法对国家标准物质岩石GSR-4、土壤GSS-7和水系沉积GSD-9进行了溶样比较，从研究中发现，在本文的相关方法中，微波消解法和硝酸、铪、双氧水酸体系对于样品的处理是最为有效的，与其他的方法相比，这两种所发挥的作用是最大的，也是最为合适的。这种消解的方法可以减少酸的用量、减低劳动的强度、减少空气的污染、节约成本等等。不过，这种方法也有着一定的缺点，其中有一些地质样品是不适合采用密封容器的，容易发生安全事故。在这样的条件之下，需要做好相应的准备工作，与实际进行充分的结合，避免安全事故的发生，对于人们的生命和财产安全要做到足够的重视。对微波消解法和酸体系进行充分的应用，降低危险发生的概率。

微波消解法有着相应的优势和特点，速度快、污染小等等，在将来的工作中，可以实现非常广泛的应用，能够在动物、植物和微生物等样品的前处理中对其进行充分的应用，将其作用发挥到最大，实现相应的目标。

对于地质样品中稀土元素的测试是一个非常重要的部分，但是，在将来的工作过程中，还可以对不同的元素进行相应的测量，发现其中更多的元素，实现更加广泛、深入地应用。工作的重点需要进行相关的转变，接下来的工作重点应该放在研究最佳条件上面，使微波消解法能够同时把其他的元素消解出来。

[1]李冰,周剑雄,詹秀春．无机多元素现代仪器分析技术[J]．地质学报,2011(11)．

[2]徐书荣,王毅民,潘静,陈幼平,石秀琴．关注地质分析文献,了解分析技术发展——地质分析技术方法类评述论文评介[J]．地质通报,2010(08)．

[3]张楠,薛改凤,王丽娜,刘璞,付本全．硅钢中合金元素的几种仪器分析方法[J]．鞍钢技术．2012(04)．

[4]裴亮,王理明,郭维,赵楠．反萃更新中空纤维液膜对四价铈的回收提取研究[J]．稀有金属材料与工程,2012(s2)．

[5]郑敏燕,杜帅,李学超,李宏艳,刘姣．韭菜中20种矿质元素的微波消解-ICP-OES法测定[J]．广东微量元素科学,2014(03)．

[6]汤志勇,邱海鸥,郑洪涛．岩石矿物分析[J]．分析试验室,2012 (12)．

[7]赖奕坚,黄伙水,邹亚娟,许实．空心明胶胶囊中铬含量的快速测定[J]．光谱实验,2013(04)．

[8]魏永生,王颖,李秋,李君君,唐福琼．绿萝卜20种矿质元素的微波消解-ICP-OES测定[J]．广州化工,2014(04)．

[9]郑敏燕,杜帅,李学超,李宏艳,刘姣．微波消解-ICP-OES法测定油麦菜中23种矿物元素[J]．广东化工,2014(03)．

[10]富玉,刘金霞,王彦芬,黄志荣．无滤共沉淀富集-等离子体原子发射光谱法测定痕量稀土元素[J]．分析试验室,2007(03)．

刘俊英（1984～），女，广东省地质局第五地质大队，研究方向：地质实验测试。

(责任编辑 李田田)

Study of the Processing Before Testing the Rare Earth Element Sample of Geological Sample by ICP-MS Method

Liu Junying

（No. 5 Geological Team, Guangdong Bureau of Geology, Guangdong, 526040）

In this paper, it takes corresponding study of the processing before testing the rare earth element sample of geological sample by ICP-MS method, after a series of researches, we found that the testing method has great advantage and it plays a great role in the field of analysis technology. Before the sample processing, there are many factors influencing the traditional analysis method, which causes that the testing result is not accurate, under such condition, the relevant staff need to have certain understanding of the using and requires of different methods so that to have a good mastering of the related content and make the testing result be more accurate, finally, make the conclusion be more clear.

geological sample；ICP-MS method；rare earth element；ample

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