本文關(guān)鍵詞：氟化氫銨地質(zhì)樣品前處理技術(shù)和激光原位Pb同位素測(cè)定方法在地球科學(xué)中的應(yīng)用，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：分析地球化學(xué)(Analytical Geochemistry)是現(xiàn)代地球化學(xué)的重要組成部分,是一門地球化學(xué)和分析化學(xué)的交叉學(xué)科。主要利用分析化學(xué)手段,以地質(zhì)樣品為對(duì)象,為地質(zhì)學(xué)家提供物質(zhì)中的元素或化合物組成信息。最近二十年,質(zhì)譜憑借其普遍性,高靈敏度和元素分析方面的廣泛運(yùn)用已在分析地球化學(xué)領(lǐng)域占據(jù)了一個(gè)重要的位置,特別是微量元素和超痕量元素的測(cè)定以及同位素測(cè)定。本次研究介紹了一種新型氟化氫銨地質(zhì)樣品消解方法,并將該方法運(yùn)用于鋁土礦樣品的消解。其次開展了長(zhǎng)石和硫化物L(fēng)A-MC-ICP-MS的微區(qū)鉛同位素分析方法研究,包括貧鉛樣品Pb同位素準(zhǔn)確測(cè)定,硫化物基體匹配校正策略、長(zhǎng)石和硫化物標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研制等內(nèi)容。以房山巖體為研究對(duì)象,利用微區(qū)Pb同位素資料為房山巖體巖石成因?qū)W提供新的證據(jù)。1.建立新型地質(zhì)樣品全巖微量元素測(cè)定前處理方法：氟化氫銨消解法。巖石粉末樣品被完全消解成為可溶性離子是獲得準(zhǔn)確微量元素?cái)?shù)據(jù)的關(guān)鍵步驟。敞口式酸消解法已經(jīng)被成功地運(yùn)用于基性巖樣品消解,但是對(duì)長(zhǎng)英質(zhì)巖石則無(wú)法完全消解,因?yàn)殚L(zhǎng)英質(zhì)巖石中常常富含難溶礦物相,比如鋯石。本次研究采用氟化氫銨代替敞口式消解法中的氫氟酸,建立了簡(jiǎn)單且高效的氟化氫銨消解法。氟化氫銨相比較傳統(tǒng)的無(wú)機(jī)酸(硝酸、鹽酸和氫氟酸)具有高沸點(diǎn)的特性(沸點(diǎn)239.5℃),可以有效的提高敞口式消解法的樣品消解溫度,確保難溶副礦物被完全溶解,可100%回收賦存于難溶礦物的元素Zr、Hf和HREE等。而且消解時(shí)間得到了極大的提高(2-3小時(shí)),消解效率是傳統(tǒng)密閉高壓消解方法的3-5倍。氟化氫銨可以像傳統(tǒng)硝酸、鹽酸和氫氟酸一樣,采用亞沸蒸餾方式提純。使用提純后的氟化氫銨可以達(dá)到傳統(tǒng)密閉高壓消解法相同的背景等級(jí)。根據(jù)我們的研究,建立了采用200 mg氟化氫銨和Savillex特氟龍小燒杯(7 ml)在230℃快速消解50mg地質(zhì)樣品(2-3小時(shí))的樣品前處理方法。該方法無(wú)需高溫高壓密閉裝置,操作簡(jiǎn)便,極大地降低了勞動(dòng)強(qiáng)度和成本。采用常壓消解環(huán)境避免了難溶氟化物AlF3的形成,成功解決氟化物沉淀難題。避免使用對(duì)人體毒性較強(qiáng)的氫氟酸。利用氟化氫銨消解法對(duì)8個(gè)國(guó)際及國(guó)內(nèi)地質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)參考物質(zhì)消解獲得的最終測(cè)定結(jié)果與推薦值相比,在誤差范圍內(nèi)基本一致,表明氟化氫銨消解法可以用于不同類型巖石的消解。2.氟化氫銨消解法的地質(zhì)應(yīng)用；ICP-MS測(cè)定鋁土礦中的微量元素。鋁土礦是鋁、鎵和稀土元素的重要來(lái)源。最近幾十年來(lái),許多學(xué)者從巖石學(xué)、礦物學(xué)、地球化學(xué)等方面調(diào)查鋁土礦的成因。在這些研究中,地球化學(xué)資料提供了許多有用的信息,用于幫助示蹤物源和揭示礦床形成過(guò)程。在ICP-MS中,進(jìn)行常規(guī)全巖樣品微量元素分析時(shí),想要獲得地質(zhì)樣品的準(zhǔn)確微量元素?cái)?shù)據(jù),將地質(zhì)樣品完全消解是非常關(guān)鍵的樣品前處理步驟。但是傳統(tǒng)的密閉高壓消解法結(jié)合氫氟酸消解鋁土礦樣品時(shí),容易生成不溶的氟化物沉淀,比如AlF3,導(dǎo)致Li、Cr、Ga、Sr、Y、Mo、Th、REE測(cè)定值偏低。本次研究我們?cè)u(píng)估了目前去除氟化物沉淀最有效的“鎂加入法”,和我們開發(fā)的氟化氫銨-敞口式消解法和氟化錢-敞口式消解法對(duì)鋁土礦的消解能力。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,在密閉高壓消解法中加入氧化鎂,使樣品中的(Mg+Ca)/Al≥1,可以抑制難溶AlF3形成,生成新的可用高氯酸溶解的氟化物沉淀；采用氟化氫銨和氟化銨消解法在低壓下消解鋁土礦,也可以抑制AlF3形成,生成新的可用高氯酸溶解的沉淀物�！版V加入法”由于要加入大量的氧化鎂,可能會(huì)導(dǎo)致V、Cr、Ni、Zn等元素的背景污染。我們利用“鎂加入法”、氟化氫銨和氟化銨消解法分析了10個(gè)國(guó)內(nèi)和國(guó)際鋁土礦標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì),使用ICP-MS分析了37個(gè)微量元素。測(cè)試結(jié)果顯示了好的分析精密度(小于6%RSD)、好的方法重現(xiàn)性和平滑的稀土元素的球粒隕石歸一化曲線,表明新型氟化氫銨和氟化銨消解法可以用于鋁十礦的前處理技術(shù),而且可以擴(kuò)展到其它富鋁地質(zhì)樣品的消解。此外,我們給出的10個(gè)國(guó)內(nèi)和國(guó)際鋁上礦標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的37個(gè)微量元素測(cè)定值中,很多值都是首次報(bào)道,這有助于未來(lái)鋁土礦地球化學(xué)分析的運(yùn)用。3.建立LA-MC-ICP-MS長(zhǎng)石Pb同位素分析方法并運(yùn)用于房山巖體巖石成因?qū)W研究普通鉛同位素已經(jīng)被廣泛用于地質(zhì)年代學(xué)、示蹤幔源物質(zhì)組成和地質(zhì)演化過(guò)程。使用多接收杯電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(Multi-Collector Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry, MC-ICP-MS),結(jié)合T1同位素質(zhì)量分餾校正法或者Pb雙稀釋劑質(zhì)量分餾校正法,可以獲得準(zhǔn)確高精度的鉛同位素?cái)?shù)據(jù)。對(duì)比溶液進(jìn)樣方式的MC-ICP-MS技術(shù),激光剝蝕多接收杯電感耦合等離子體質(zhì)譜(Laser Ablation-MC-ICP-MS)提供了Pb同位素的原位微區(qū)分析技術(shù)。該技術(shù)可以在微米尺度上提供礦物內(nèi)部或者礦物之間的同位素組成變化,此外還具有分析測(cè)試便捷,生產(chǎn)效率高的優(yōu)點(diǎn)。對(duì)于富鉛礦物可以提供高精度和準(zhǔn)確度的鉛同位素?cái)?shù)據(jù)。目前,LA-MC-ICP-MS鉛同位素組成分析已經(jīng)被運(yùn)用于巖漿源區(qū)和地質(zhì)過(guò)程示蹤研究,沉積巖地球化學(xué)省的調(diào)查研究和巖漿包裹體的成因解釋。本文建立了LA-MC-ICPMS鉛同位素分析方法。采用法拉第杯和離子計(jì)數(shù)器的檢測(cè)器結(jié)構(gòu),低豐度的204Pb信號(hào)被離子計(jì)數(shù)器收集,可以測(cè)定鉛含量低于10μg g-1的地質(zhì)樣品。詳細(xì)研究了法拉第杯和離子計(jì)數(shù)器之間的增益因了變化和離子計(jì)數(shù)器的非線性響應(yīng)、采樣錐組合對(duì)Pb元素的靈敏度影響等問(wèn)題。建立了離子計(jì)數(shù)器的非線性響應(yīng)校止方法消除非線性響應(yīng)的影響。研究發(fā)現(xiàn)Jet采樣錐和X截取錐組合可以提高鉛元素靈敏度約1.9倍。本文建立的LA-MC-ICP-MS分析MPI-DING標(biāo)準(zhǔn)玻璃(GOR132-G、StHs60/80-G、T1-G、ATHO-G、ML3B-G和KL2-G)和USGS的標(biāo)準(zhǔn)玻璃(GSD-1G和BCR-2G)獲得的結(jié)果與推薦值在誤差范圍(2SD)內(nèi)一致。測(cè)定ATHO-G(5.67μgg-1鉛含量)KL2-G(2.07μgg-1鉛含量)和ML3B-G(1.38μgg-1鉛含量),20xPb/204Pb的準(zhǔn)確度達(dá)到0.09%,精密度達(dá)到0.33%(2RSD),20xpb/204Pb的外部精度在0.14%-0.59%之間,較前人研究方法有較大的提高。利用本次研究開發(fā)的LA-MC-ICP-MS長(zhǎng)石鉛同位素分析方法,對(duì)房山巖體中不同地質(zhì)單元的長(zhǎng)石晶體和鎂鐵質(zhì)包體中的長(zhǎng)石進(jìn)行了微區(qū)Pb同位素組成分析。分析結(jié)果顯示,房山巖體中Pb同位素組成具有明顯的不均勻性,不同地質(zhì)單元中鎂鐵質(zhì)包體的Pb同位素組成同樣不均勻。此外,單個(gè)長(zhǎng)石晶體顆粒尺度上觀察到了Pb同位素比重和微量元素組成的環(huán)帶變化,這些信息是傳統(tǒng)溶液同位素分析技術(shù)無(wú)法獲得的。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明,房山巖體形成于一個(gè)開放體系,巖漿演化具有復(fù)雜、多階段的特點(diǎn),微區(qū)技術(shù)可以為我們提供很多重要的地球化學(xué)信息。根據(jù)本次研究獲得的鉀長(zhǎng)石晶體和斜長(zhǎng)石晶體的微區(qū)鉛同位素和微區(qū)主微量元素特征,我們得出房山巖體系酸性巖漿和基性巖漿混合的巖石成因?qū)W結(jié)論。對(duì)比房山巖體不同單元中鉛同位素組成,顯示伴隨巖漿的演化,巖體逐漸向低放射性成因鉛同位素組成(下地殼特征)轉(zhuǎn)變,暗示基性巖漿注入逐漸減少,巖漿混合作用程度降低的巖漿演化過(guò)程。4.建立LA-MC-ICP-MS硫化物鉛同位素微區(qū)原位測(cè)試技術(shù)同位素地球化學(xué)是一個(gè)有效的探索礦床的起源和演化的工具。除了年齡信息以外,同位素比值對(duì)礦床形成過(guò)程提供了靈敏的化學(xué)指示：包括金屬的來(lái)源,巖漿的演化,和流體的來(lái)源。LA-ICPMS原位分析方法能直接分析形成礦床的礦物,為礦床形成過(guò)程提供了新的了解。本次研究開發(fā)了硫化物微區(qū)Pb同位素測(cè)試方法。利用T1元素校正Pb元素的儀器分餾。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,在激光測(cè)試過(guò)程中,T1與Pb,T1與Hg的分餾因子都存在差異,準(zhǔn)確建立它們之間的分餾因子關(guān)系才能獲得準(zhǔn)確的Pb同位素?cái)?shù)據(jù)。激光剝蝕條件對(duì)硫化物Pb同位素組成測(cè)定影響不明顯,對(duì)Pb含量變化較大的硫化物,可以通過(guò)改變激光剝蝕條件獲得合適的測(cè)量信號(hào)。嘗試進(jìn)行了硫化物Pb同位素標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的研究,主要對(duì)比了壓餅法和熔融法的效果。對(duì)天然硫化物,硫化物壓餅樣品進(jìn)行原位測(cè)試獲得的Pb同位素組成與化學(xué)法的測(cè)定結(jié)果在誤差范圍內(nèi)一致,表明該分析方法的可靠性。
【關(guān)鍵詞】：地質(zhì)樣品前處理技術(shù) 氟化氫銨 激光剝蝕多接收杯電感耦合等離子體質(zhì)譜 鉛同位素
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)地質(zhì)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：P597;P624.4
【目錄】：

• 摘要8-11
• ABSTRACT11-18
• 第一章 緒論18-28
• §1.1 論文選題及其意義18-20
• §1.2 研究現(xiàn)狀20-25
• 1.2.1 ICP-MS的樣品前處理研究進(jìn)展20-22
• 1.2.2 鉛同位素的原位微區(qū)分析技術(shù)研究進(jìn)展22-25
• §1.3 研究目標(biāo)和研究方法25-26
• 1.3.1 氟化氫銨巖石樣品前處理方法25
• 1.3.2 建立微區(qū)原位鉛同位素分析方法25-26
• §1.4 完成工作量26-28
• 第二章 實(shí)驗(yàn)設(shè)備簡(jiǎn)介28-43
• §2.1 電感耦合等離子體質(zhì)譜儀28-36
• 2.1.1 溶液樣品進(jìn)樣系統(tǒng)29-30
• 2.1.2 等離子體源30-31
• 2.1.3 接口界面31-32
• 2.1.4 離子聚焦系統(tǒng)32-33
• 2.1.5 質(zhì)量分析器33-35
• 2.1.6 檢測(cè)器35-36
• §2.2 激光剝蝕系統(tǒng)及質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)簡(jiǎn)介36-43
• 2.2.1 激光發(fā)生器37-38
• 2.2.2 剝蝕池設(shè)計(jì)38
• 2.2.3 載氣38-39
• 2.2.4 激光系統(tǒng)與質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)應(yīng)用39-43
• 第三章 氟化氫銨地質(zhì)樣品前處理技術(shù)43-62
• §3.1 引言43-44
• §3.2 實(shí)驗(yàn)部分44-48
• 3.2.1 儀器設(shè)備及化學(xué)試劑44-47
• 3.2.2 國(guó)際及國(guó)內(nèi)地質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)參考物質(zhì)47
• 3.2.3 消解實(shí)驗(yàn)流程47-48
• §3.3 結(jié)果與討論48-58
• 3.3.1 輔助酸的消解能力評(píng)估48-51
• 3.3.2 消解溫度的影響51-52
• 3.3.3 稱樣量和消解試劑的比例52-55
• 3.3.4 不溶氟化物的影響55-58
• 3.3.5 方法背景58
• 3.3.6 國(guó)際及國(guó)內(nèi)地質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)參考物質(zhì)58
• §3.4 小結(jié)58-62
• 第四章 氟化氫銨消解法在地質(zhì)樣品中的應(yīng)用：測(cè)定鋁土礦中37種微量元素62-79
• §4.1 引言62-63
• §4.2 實(shí)驗(yàn)部分63-66
• 4.2.1 國(guó)際及國(guó)內(nèi)鋁土礦標(biāo)準(zhǔn)參考物質(zhì)63-64
• 4.2.2 實(shí)驗(yàn)方法簡(jiǎn)述64-66
• §4.3 結(jié)果與討論66-75
• 4.3.1 “鎂加入法”消解效果66-70
• 4.3.2 傳統(tǒng)密閉高壓消解法的消解效果70
• 4.3.3 氟化氫銨和氟化銨消解法的消解效果70-73
• 4.3.4 方法背景評(píng)估73
• 4.3.5 國(guó)際及國(guó)內(nèi)地質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)參考物質(zhì)73-75
• §4.4 小結(jié)75-79
• 第五章 LA-MC-ICP-MS長(zhǎng)石Pb同位素研究79-92
• §5.1 引言79-80
• §5.2 分析方法80-82
• 5.2.1 儀器介紹80-81
• 5.2.2 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)玻璃和長(zhǎng)石81-82
• 5.2.3 LA-MC-ICP-MS分析方法82
• §5.3 實(shí)驗(yàn)討論82-90
• 5.3.1 FC-IC增益估算82-84
• 5.3.2 調(diào)查離子計(jì)數(shù)器的非線性響應(yīng)84-86
• 5.3.3 不同錐組合的影響86-88
• 5.3.4 質(zhì)量分餾校正88-89
• 5.3.5 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)玻璃樣品與長(zhǎng)石樣品分析89-90
• §5.4 小結(jié)90-92
• 第六章 LA-MC-ICP-MS硫化物Pb同位素研究92-104
• §6.1 引言92-93
• §6.2 實(shí)驗(yàn)部分93-94
• 6.2.1 儀器介紹93
• 6.2.2 試劑與樣品93-94
• §6.3 分析方法94-96
• 6.3.1 溶液法分析Pb同位素組成94-95
• 6.3.2 激光Pb同位素測(cè)定方法95-96
• 6.3.3 激光Pb元素含量測(cè)定方法96
• §6.4 結(jié)果與討論96-102
• 6.4.1 非基體匹配校正的可行性96-98
• 6.4.2 同質(zhì)異位素的干擾校正98-99
• 6.4.3 激光剝蝕條件的影響99-100
• 6.4.4 硫化物高溫熔融樣品制備技術(shù)初探100-102
• §6.5 小結(jié)102-104
• 第七章 LA-MC-ICP-MS鉛同位素分析方法的地質(zhì)應(yīng)用104-110
• §7.1 引言104
• §7.2 樣品分析104-105
• §7.3 結(jié)果與討論105-108
• §7.4 小結(jié)108-110
• 第八章 結(jié)論及不足110-113
• §8.1 主要結(jié)論110-111
• §8.2 不足之處及下一步工作計(jì)劃111-113
• 致謝113-114
• 參考文獻(xiàn)114-136
• 附表136-139

【參考文獻(xiàn)】

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  本文關(guān)鍵詞：氟化氫銨地質(zhì)樣品前處理技術(shù)和激光原位Pb同位素測(cè)定方法在地球科學(xué)中的應(yīng)用，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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本文編號(hào)：256118