电感耦合等离子质谱法测定矿物样品中多种元素的干扰校正研究

武应凯

（甘肃省有色地质勘查局张掖矿产勘查院，甘肃 张掖 734000）

为了进一步实现对矿山的开发，推进我国地质勘查工程，地质勘查单位成立了专门的矿物样品研究小组，负责进行矿物样品中多种元素含量的测定，但在针对某矿区进行采样分析时发现，获取的CaCO3岩中，Ca元素的含量较高，而与之相关的其他金属元素或微量元素的含量校对。为了验证检测的结果，技术人员使用电感耦合等离子质谱法，对勘查结果进行了再次验证。研究中发现CaCO3岩中的Ca基体对于金属离子与元素的分析，存在显著的增强或降低趋势，此种现象会对基体元素含量的测定造成干预[1]。为了解决此种干扰现象，有关技术研究部门提出一种针对CaCO3岩的专项检测方法，尽管制定专项检测方案可在一定程度上降低外界多种因素对测定过程与测定结果的影响，但检测过程过于复杂，适用性不高。同时，设计的检测方法专项性较强，仅适用于CaCO3岩的元素测定，无法适用于其他类型的矿床。因此，要从源头解决问题，还需要从电感耦合等离子质谱法的检测流程入手，结合测定需求，设计一种针对矿物样品中多种元素测定的干扰校正方法，以此种方式，提高检测结果的准确性，降低在电感耦合等离子质谱法测定矿物样品过程中，不同因素对基体含量测定结果的影响，为矿山工程与地质勘查工作的有序实施提供技术指导。

1 电感耦合等离子质谱法测定矿物样品中多种元素的干扰校正方法设计

1.1 选择电感耦合等离子质谱法测定仪器与消解试剂

为了实现对矿物样品中多种元素含量的准确测定，需要在相关工作前，进行检测样品的制备，并在此基础上，选择适用于电感耦合等离子质谱法测定工作实施的仪器设备与消解试剂。因此，在本文的研究中，选择的电感耦合等离子质谱法测定仪器为美国Thermo公司开发的X-Series型号仪器，在完成对测定仪器的标准化安装后，按照其标准的工作参数，进行测定环境的规划。测定仪器工作参数如下表1所示。

表1 电感耦合等离子质谱仪器工作参数

在确保电感耦合等离子质谱仪器工作条件满足标准化测定需求后，考虑到矿物样品需要经过消解处理才能实现其中多种元素的准确测定。因此，下述将对测定过程中的消解试剂进行制备[2]。在对矿物样品中多种元素测定结果的研究中发现，造成测定结果与实际结果存在偏差的主要原因是制备的试剂均匀性较差，无法满足测定结果平衡性需求。因此可在进行矿物样品中多种元素的测定时，选择王水、王水+HClO4、浓硝酸等试剂作为消解试剂的主要成分。为了提高测定过程的操作便捷性，本次测定选择的消解试剂为硝酸试剂，将测定的样本与硝酸试剂进行融合，使用搅拌棒对其进行充分搅拌，确保消解试剂与样本完全融合后，将样本溶液静置20.0min～25.0min。此时，样本中不发生熔化反应的物质逐步降低，在此基础上，持续在样本试剂中加入王水，对矿山样本溶液进行深度消解，按照此种测定方式，便可以在一定程度上避免由于消解试剂使用与操作不当造成的测定结果与实际结果存在偏差。

1.2 设计测定矿物样品中多种元素的干扰校正方程

使用电感耦合等离子质谱法测定矿物样品中多种元素的含量时，测定过程会受到样品中单原子与多原子的质谱干扰。以钯元素为例，此金属元素在进行质谱检测时，会受到40105Ar65Cu+（0.004%）、106Cd32An+（0.003%）等物质的影响，为了降低此种干预与影响，可在测定过程中，进行干扰性元素的提取，并针对不同金属元素的特性，设计干扰校正方程。

在此过程中，可将矿物样品中多种元素按照标准的测定比例，制备成具有组成相近的混合溶液试剂，并使用Relative%方程，进行混合溶液试剂的同位元素误差消除。当Relative%方程的计算结果大于100.0%时，证明此时的样本试剂中存在较多的干扰性元素，对基体含量的检测已造成严重干预；当Relative%方程计算结果小于15.0%时，证明此时样本试剂中不存在干扰性元素，属于理想测定样本。以钯元素为例，假设此时钯元素的Relative%方程计算结果为55.0%，证明样本溶液中存在影响基体测定结果的异常金属元素，为了实现对测定结果误差的校正，需要参照设定方程的标准化表达方式，构建一个针对测定结果的干扰方程，方程表达式如下：

公式（1）中：[]x M表示为/m z x=位置处，质谱信号总强度对应的检测结果浓度值。在建立干扰校正方程时，已知Pd的干扰因素包括Cd元素、Zn元素、Ar元素、Mo元素、O元素，因此，可根据不同干扰元素对应的同位素位数，进行其干扰校正方程的设计。

在完成上述相关研究后，考虑到样本试剂中可能存在同量异位的元素，此种元素会与测定基体发生离子质量分数的融合，导致质谱检测结果出现重叠的问题。因此，需要在排除测定结果干扰项后，从元素丰度进行同位元素干扰的排除[3]。根据元素周期表与同位元素的峰值变化趋势可知，Cr元素（64）、Ti元素（50）、Ni元素（64）、Zn元素（64）、V元素（50）均属于测定过程中的干扰项。而在测定结果中，需要通过对此元素进行专项测定，即排除矿山样品测定溶液中存在干扰元素，假定在检测过程中，发现测定溶液中不存在干扰性元素，可直接将此样本导入仪器，采用标准化测定的方式进行矿物样本中多种元素的检测。反之，在检测过程中，发现测定溶液中存在干扰性元素，需要采用专项处理手段进行干扰元素的排除。例如，将游离的Zn离子制备成氧化物后过滤，按照此种方式，排除同位元素对其测定结果的重叠干预，实现对电感耦合等离子质谱法测定矿物样品中多种元素的干扰校正。

2 应用效果分析

结合本文上述论述，从理论角度实现对干扰校正方法的理论设计，为进一步验证该方法在实际应用中的效果，将该干扰校正方法应用到真实的矿物测定环境当中，针对含有多种元素的矿物样品，对其各个元素含量进行测定和校正。选择具有代表性的矿山碳酸盐岩样品作为测定对象，该矿物具有较高的利用价值，对其包含元素的含量测定具有重大意义。在测定前，首先针对电感耦合等离子质谱仪的各个工作参数进行设定，按照本文上述设定完成，不进行过多赘述。按照本文上述步骤，将制备的测定样品放置在105°C温度的干燥环境中1.5h。首先，在没有干扰的条件下，对测定样本中各元素含量进行测定，并得到如表2所示的测定结果。

表2 无干扰条件下测定样品各元素含量测定结果

在表2无干扰条件下得出的测定样品各元素结果基础上，利用本文提出的干扰校正方法，在人为增加干扰条件下得出的测定结果进行记录，并将其与表2中数据进行对比，计算二者之间的差值，其公式为：

公式（2）中，σ表示为差值；μ表示为表2中无干扰条件下得出的测定结果；'μ表示为干扰条件下利用本文干扰校正方法测定得出的结果数据。根据上述公式，计算得出两组数据的差值，并将其绘制成如图1所示的实验结果对比图。

图1 干扰条件下测定结果与无干扰测定结果对比差值

从图1得出的结果可以看出，在存在干扰条件下，通过本文设计的干扰校正方法能够有效降低结果与无干扰测定结果之间的差值，说明本文干扰校正方法具有良好的校正效果，可以在复杂测定条件下对矿物样品进行更加高精度的测定提供保障条件。

3 结语

矿物样品是地质勘查人员与相关地质工作者，通过实地调查与针对性采样等方式，获取的地质结构材料，属于一种研究性价值较高的样品，使用多种检测手段，对获取的矿物样品进行多种元素的分析，不仅可以为地质勘查人员的技术研究成果进行验证，同时也可以在一定程度上为圈定地区金属元素物质分布提供依据。为了提高地质样本金属物质含量的准确性，开展了电感耦合等离子质谱法测定矿物样品中多种元素的干扰校正方法的研究，通过合理选择消解试剂、测定仪器，设计干扰校正方程，并通过测定矿物样品中多种元素对应同位元素的方法，实现对测定结果的校正。在完成此次设计后，本文通过实例应用的方式，对此方法的干扰校正效果进行了验证，并证明了设计的方法具有较高的可操作性，可为我国矿山工程与地质勘查作业等工作的实施提供决策支持。