LA—ICP—MS在地質(zhì)樣品元素分析中的應(yīng)用

摘要：隨著科技的進(jìn)步，人們?cè)絹碓搅?xí)慣于應(yīng)用科學(xué)方式解決目前遇到的問題。由于地質(zhì)礦石樣品中存在各種各樣形式的元素，而每一種元素都可能會(huì)促進(jìn)國(guó)家的進(jìn)步和發(fā)展，因此提升地質(zhì)樣品元素分析水平是非常關(guān)鍵的。目前我國(guó)使用的方式是LA-ICP-MS，這種方式是近幾年一直被高效利用的元素分析技術(shù)。文章論述了LA-ICP-MS技術(shù)在地質(zhì)樣品元素分析中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：LA-ICP-MS；地質(zhì)礦石樣品；元素分析；地質(zhì)環(huán)境；全巖樣品 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：P618 文章編號(hào)：1009-2374（2016）35-0204-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.35.100

一個(gè)國(guó)家的進(jìn)步不僅僅需要各行各業(yè)的進(jìn)步，最關(guān)鍵的就是要靈活應(yīng)用科學(xué)技術(shù)，以保證國(guó)家和社會(huì)能夠持續(xù)穩(wěn)定地提升發(fā)展速度。本文論述的是LA-ICP-MS技術(shù)的應(yīng)用情況，由于地質(zhì)樣品中元素分析成果會(huì)直接影響到我國(guó)地質(zhì)環(huán)境和國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)，所以利用有效的方式至關(guān)重要，而LA-ICP-MS技術(shù)可以提升地質(zhì)樣品元素的分析效率。希望通過全文的論述能夠給相關(guān)部門提供一定的參考。

1 全巖樣品整體分析

一般情況下，總是將LA-ICP-MS技術(shù)與SN-ICP-MS分析技術(shù)相互類比，但是由于LA-ICP-MS技術(shù)具有一定的特性能夠比SN-ICP-MS有優(yōu)勢(shì)。首先利用LA-ICP-MS分析技術(shù)需要使用的制備是比較簡(jiǎn)單的，同時(shí)分析效率也是非常高的，而LA-ICP-MS方式是在比較低的背景下應(yīng)用的，氧化物干擾也是概率很低的，所以說，使用LA-ICP-MS技術(shù)能夠有效保證地質(zhì)樣品中元素的分析工作質(zhì)量。但是根據(jù)實(shí)際操作，常常將LA-ICP-MS分為三種不同方式：第一種方式是巖石薄片直接分析；第二種是粉末壓片法；第三種是熔融玻璃法。使用LA-ICP-MS技術(shù)對(duì)地質(zhì)礦產(chǎn)進(jìn)行元素分析最關(guān)鍵的步驟就是明確主要元素和微量元素在樣品中能否分布均勻，由于獲得這種信息的方式非常難，所以獲得主、微量元素在樣品中的分布會(huì)直接影響LA-ICP-MS分析全巖樣品的工作效率。利用激光會(huì)對(duì)礦物質(zhì)產(chǎn)生腐蝕作用，但是由于礦物質(zhì)不同，所以產(chǎn)生的剝蝕作用也是不一樣的。LA-ICP-MS分析方式主要適用于隱晶質(zhì)火山巖、細(xì)粒的泥質(zhì)巖石或者火山玻璃。

在對(duì)礦物產(chǎn)中的元素進(jìn)行定量計(jì)算的時(shí)候，主要是采用同位素稀釋法和外標(biāo)校正、內(nèi)標(biāo)歸一化法，這兩種方式具有不一樣的原理應(yīng)用。采用內(nèi)標(biāo)歸一化法的時(shí)候，通過將內(nèi)標(biāo)元素加入粉末壓片或者在熔融過程中加入，就能夠獲得主、微量元素，還有一種方式是利用獨(dú)立方式能夠獲得主、微量元素。但是采用總量歸一化法就不能同上述方式獲得主、微量元素，這種方式主要是根據(jù)獲得樣品中的揮發(fā)組分含量進(jìn)行相應(yīng)的判定。

2 硅酸鹽和碳酸鹽礦物

由于LA-ICP-MS技術(shù)能夠使用相同的方式對(duì)硅酸鹽礦物進(jìn)行分析，所以可以說分析硅酸鹽礦物和分析硅酸巖全巖方式是一致的，而常用的分析方式又有許多種分類，主要有以NIST SRM 610或者SRM 612作單外標(biāo)，采用Ca、Si、Mg等元素進(jìn)行單（多）內(nèi)標(biāo)歸一化校正或者總量歸一化校正。這種方式的測(cè)定分析重點(diǎn)是一個(gè)NIST標(biāo)準(zhǔn)玻璃，只要測(cè)定結(jié)果準(zhǔn)確，就能夠從中得出大部分的元素分析。但是由于NIST標(biāo)準(zhǔn)玻璃特殊的基體效應(yīng)會(huì)影響分析準(zhǔn)確性，所以說應(yīng)該使用精度較高的儀器進(jìn)行分析，同時(shí)還應(yīng)該優(yōu)化參數(shù)設(shè)置。第二種方式是以硅酸鹽標(biāo)準(zhǔn)玻璃為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行相應(yīng)的分析，同時(shí)需要采用總量歸一化法或者單內(nèi)標(biāo)法進(jìn)行校正。采用這種方式不僅能夠從硅酸鹽礦物中得到微量元素，還能夠準(zhǔn)確地獲得EMP元素含量以及元素的精密度。第三種方式是用多種元素進(jìn)行混合作為標(biāo)準(zhǔn)溶液，之后利用內(nèi)標(biāo)法或總量歸一化法進(jìn)行校正。

隨著時(shí)代的進(jìn)步，在實(shí)驗(yàn)室中使用的樣品都是由美國(guó)USGS的Ca質(zhì)碳酸鹽壓片MACS-3組成的，正是由于這種壓片具有大于1ppm的50多種微量元素，因此能夠更加精細(xì)地得出相應(yīng)元素的含量等特性。利用LA-ICP-MS分析方式會(huì)影響基體效應(yīng)，所以說要重視碳酸鹽基體標(biāo)準(zhǔn)樣品大量的校對(duì)工作。使用碳酸鹽粉末壓片并不是非常完美的，而是由于該壓片中含有的個(gè)別元素含量不均一，所以會(huì)直接影響到分析質(zhì)量。使用的校正方式主要是外標(biāo)校正和內(nèi)標(biāo)歸一化兩種方式相互結(jié)合，這樣一來就能夠有效分析碳酸鹽中微量元素。科學(xué)家對(duì)于碳酸鹽礦物質(zhì)中的各種元素進(jìn)行相應(yīng)的分析，也得出相應(yīng)的結(jié)論，這樣就能夠建立一定的分析方式供后人使用。

3 金屬氧化物和金屬硫化物

對(duì)于分析金屬氧化物和金屬硫化物中微量元素，就應(yīng)該使用內(nèi)標(biāo)法或者總量歸一化法進(jìn)行分析結(jié)果的確認(rèn)。由于徐鴻志和Huelin等科學(xué)家利用的方式是以SRM 610作為外標(biāo)，同時(shí)采用的分析方式是內(nèi)標(biāo)法和總量歸一化兩種方式結(jié)合，共同應(yīng)對(duì)Fe-Mn氧化物的分析，以得出其中微量元素的相關(guān)信息。而Nadoll和Koenig組合使用的方式則是根據(jù)玻璃標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)進(jìn)行相應(yīng)的分析，以得出磁鐵礦中微量元素的相關(guān)信息。Donohue的隊(duì)伍研究的方式是利用SRM 610，分析鈦鐵礦中相關(guān)信息，以保證其中微量元素的含量信息能夠獲得完整。正是由于不同的科學(xué)研究隊(duì)伍使用不同的方式得出金屬氧化物中微量元素的含量和種類，才能夠足夠保證我國(guó)科學(xué)研究的進(jìn)步和發(fā)展，為地質(zhì)礦物中元素研究工作提供更多可參考的

內(nèi)容。

還有科學(xué)研究隊(duì)伍使用的方式是總量歸一化，這種方式主要是根據(jù)BCR-2G、BHVO-2G和BIR-1G的性質(zhì)，對(duì)榴輝巖進(jìn)行相應(yīng)的分析，以保證在研究中能夠確定巖石中Zr含量和EMP是一致的，而使用的分析技術(shù)也是LA-ICP-MS。對(duì)于硫化物的分析，采用的校正方式是對(duì)硫化物標(biāo)準(zhǔn)和硅酸鹽玻璃標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行相關(guān)校正。由于硅酸鹽玻璃標(biāo)準(zhǔn)中含有比較金貴的金屬元素，但是由于這些元素的含量非常低，并且在物質(zhì)中的分布也是非常不均勻的，因此要想保證分析結(jié)果準(zhǔn)確度高，就應(yīng)該重視LA-ICP-MS分析技術(shù)的應(yīng)用，而分析主體大多都是硫化物標(biāo)準(zhǔn)。

4 單個(gè)熔體和流體包裹體

在研究單個(gè)熔體和流體包裹體的時(shí)候，主要采用的方式也是LA-ICP-MS分析法，由于科學(xué)實(shí)驗(yàn)隊(duì)伍不同，對(duì)于實(shí)驗(yàn)記載使用的具體流程也有一定的區(qū)別，正是由于科學(xué)家對(duì)于單個(gè)熔體的分析和流體包裹體的分析方式具有一定的區(qū)別，所以說能夠很好地在實(shí)驗(yàn)中形成對(duì)照，以表明使用哪一種方式是最合適的。但是由于人造的包裹體和天然形成的包裹體內(nèi)部壓力是不一致的，所以說一旦包裹體被打開，就會(huì)釋放出揮發(fā)性物質(zhì)，但是由于內(nèi)部壓力不同，揮發(fā)性物質(zhì)釋放的速率也是不一致的，這樣一來就會(huì)對(duì)后續(xù)的實(shí)驗(yàn)造成一定的影響，使得實(shí)驗(yàn)誤差偏大，不能夠得出精確的結(jié)果。

因此，Shepherd等人采用以人造包裹體作外標(biāo)，利用cryo-SEM-EDS測(cè)定的Cl含量作內(nèi)標(biāo)來分析單個(gè)流體包裹體組成。另外，采用和包裹體直徑相等的束斑直接剝蝕時(shí)，爆裂和濺射作用會(huì)將包裹體中的部分物質(zhì)沉淀在樣品表面和樣品池中，而引起元素的選擇性丟失。在定量校正方面，可以利用鹽度（通過其他獨(dú)立方法獲得）計(jì)算等量的Na或者Cl含量作內(nèi)標(biāo)，利用NIST玻璃或者直接剝蝕液體標(biāo)準(zhǔn)作外標(biāo)校正計(jì)算。Allan等人對(duì)人工合成流體包裹體的LA-ICP-MS分析表明，絕大部分元素的準(zhǔn)確度優(yōu)于15%、精密度優(yōu)于15%～30%、檢出限介于1～100ppm（與包裹體體積有關(guān)）。

需要注意的是利用鹽度對(duì)流體包裹體中Na含量的估算是影響該方法準(zhǔn)確度的重要因素。近年來，對(duì)單個(gè)流體包裹體中S、Cl、Br的LA-ICP-MS分析方法研究也取得了重要進(jìn)展。目前，利用LA-ICP-MS對(duì)單個(gè)熔體包裹體的分析主要有兩種方案：（1）對(duì)多相熔體包裹體進(jìn)行高溫淬火均一化處理后，采用內(nèi)標(biāo)歸一化（可以利用EMP獲得內(nèi)標(biāo)元素含量）或者總量歸一化和外標(biāo)法校正（類似于分析硅酸鹽玻璃）。采用對(duì)包裹體淬火均一化處理過程可能存在以下問題：對(duì)于含有氣、液相的多相包裹體，加熱會(huì)導(dǎo)致潛在的爆裂和泄露；（2）直接用LA-ICP-MS剝蝕獲得寄主礦物和包裹體的混合信號(hào)，然后通過數(shù)據(jù)處理扣除寄主礦物的貢獻(xiàn)而獲得包裹體中的主、微量元素組成。直接用LA-ICP-MS分析未出露包裹體的方法擴(kuò)大了在同一個(gè)探針片內(nèi)可測(cè)定包裹體的數(shù)量，便于統(tǒng)計(jì)分析，更能全面地反映巖漿演化信息等。該方法的不足是必須通過其他獨(dú)立方法獲得包裹體中某個(gè)元素的含量，或者該元素在寄主礦物和包裹體間的含量比值，或者某個(gè)元素在包裹體中的含量極低。

5 結(jié)語

通過全文論述，能夠十分清楚地看出LA-ICP-MS技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀，由于LA-ICP-MS技術(shù)在目前的地質(zhì)樣品元素分析工作中能夠提供有效的結(jié)果，所以說，這種方式被廣泛利用。但是每一種方式都需要不斷更新才能夠提升自身水平，LA-ICP-MS技術(shù)就是這樣，在使用該技術(shù)的時(shí)候，要針對(duì)不同的礦物進(jìn)行相應(yīng)的研制，以便得出基體匹配的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，同時(shí)還需要完善元素分餾效應(yīng)機(jī)理的消除和改善方式，以防萬一能夠利用這種方式為后期工作提供參考。還應(yīng)該重視對(duì)天然樣品的分析，以提升準(zhǔn)確度。要想保證我國(guó)的礦物元素分析效率，就應(yīng)該重視LA-ICP-MS技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用?？偠灾?，利用更加科學(xué)有效的方式提升我國(guó)的礦物元素分析測(cè)定工作效率，這樣才能促進(jìn)我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)力度，同時(shí)還可以從根本上促進(jìn)社會(huì)和人們生活水平的提升。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：李成雄（1984-），湖北黃岡人，新疆地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第一地質(zhì)大隊(duì)化驗(yàn)組組長(zhǎng)，實(shí)驗(yàn)測(cè)試工程師，研究方向：化學(xué)實(shí)驗(yàn)分析測(cè)試、地質(zhì)樣品常規(guī)化學(xué)分析測(cè)試及化探區(qū)域調(diào)查樣品分析測(cè)試。

（責(zé)任編輯：秦遜玉）