激光剝蝕等離子體質譜法測定磁鐵礦微量元素組成

李穎 張紋俊

摘要：針對不同的地質條件、環境以及工業等方面的問題，通過探究磁鐵礦物的元素以及同位素的組成可以更有利于對成礦時期的物理及化學條件進行研究，從而找出新礦場。通過樣品制備、選擇測定條件及測定譜線、確定內外標及激光束大小，提出一種基于激光剝蝕等離子體質譜法的磁鐵礦微量元素組成測定方法。通過對比實驗進一步驗證了該方法的測定速度更快，準確性更高，更適用于實際的應用當中，為礦物數據的測定提供幫助。

關鍵詞：激光剝蝕等離子體質譜法;磁鐵礦;微量元素

磁鐵礦是一種常見的副礦物之一，在熱液礦床中大部分都含有磁鐵礦物組成元素，礦物構造主分布于巖漿巖、沉積巖及變質巖當中。傳統方法對磁鐵礦中的微量元素進行測定時，通常會受到流體成分、濕度、溫度等各項條件因素的限制，導致測定的結果不準確，影響后續的研究進行[1]。而激光剝蝕等離子體質譜法是近幾年才出現的微束技術，與傳統方法相比，具有更高的分辨率，且檢測時受到的限制條件較少，因此能夠快速的檢測出微量元素的組成及其它特征。對此，本文基于激光剝蝕等離子體質譜法設計一種測定磁鐵礦微量元素組成的方法，有效提高測定時間，從而滿足綠色礦山開采對磁鐵礦微量元素的測定要求。

一、激光剝蝕等離子體質譜法測定磁鐵礦微量元素組成方法設計

（一）樣品制備

在制備樣品前，首先應對激光剝蝕等離子體質譜法測定磁鐵礦微量元素組成方法的測定環境進行選擇。由于利用激光剝蝕等離子體質譜法測定時激光光束的能量密度以及激光的頻率都會對測定結果造成一定的影響，因此針對不同的被測礦物測定應適當的作出調整[2]。本文測定礦物為磁鐵礦因此，激光的光束能量密度應保持在5-8J/cm2。

通常情況下，磁鐵礦的礦化成分主要以鐵元素的氧化物、硫元素的氧化物有著十分密切的關系，因此，通過對鐵氧化物以及硫氧化物當中的微量元素組成的改變進行研究，有助于對被測定磁鐵礦的礦床形成及成因進行更加細致的研究[3]。在制備樣品時主要可分為兩種方法，一種是樹脂餅拋光法，另一種是對“厚”薄片的雙面拋光法。第一種方法主要是在磁鐵礦中挑選單礦物，并將挑選的單礦物固定在直徑為3.0cm的樹脂餅上，并對其拋光進行分析。第二種方法主要是針對很難挑選單礦物的磁鐵礦，可直接將被測定物體切至成較厚的薄片，并對薄片進行雙面的拋光，保證其厚度大致在120μm到150μm之間。在實際選擇薄片厚度時，需要根據磁鐵礦的實際特征確定，對于容易產生脫落或腐蝕的磁鐵礦樣品可適當增加其厚度，但保證至少25s的采樣時間。

（二）選擇測定條件及測定譜線

在對微量元素進行測定時，分析元素的選擇主要取決于以下幾點：首先是針對測定儀器自身的分析精度以及檢測限。激光剝蝕等離子體質譜法的分析精度和檢測限受到多種因素的影響，例如測定過程中的剝蝕量及剝蝕速度等。而剝蝕量又會受到多種因素的限制，例如剝蝕次數、輕度、頻率等。而剝蝕的次數又會受到樣品的薄片厚度等因素的影響。因此，當測定的時間保持不變時，過多的測定微量元素會造成在每個微量元素上的測定時間過短，產生的信號強度減弱，從而導致微量元素的數目與檢測限之間成反比例關系，因此，本文在選擇測定微量元素時，每次只選取一種或兩種進行測定，同時增加測定的次數，從而保證測定結果的準確性。

其次不同的地質環境對于磁鐵礦微量元素組成的測定結果也具有一定的影響。由于不同的微量元素在不同的地質環境當中的含量是不同的，因此目前并沒有統一的標準，在測定過程中需要根據磁鐵礦的地質背景進行分析和選擇[4]。尤其是對于一些礦物共生的組合而言，需要利用電子探針等方式首先對其進行粗略的測定確定微量元素的種類，從而再進行激光剝蝕等離子體質譜法測定微量元素的組成。

在實際測定過程中，主要的影響因素并不是由于共存元素造成的，而是由于共存元素之間反應產生了譜線所造成的光譜干擾問題。光譜的干擾程度與微量元素的含量沒有直接的影響關系，而與譜線的選擇有著直接的影響關系。因此，在選擇適當的測定譜線可以增加測定方法結果的準確性。首先針對譜線庫中的幾條不同微量元素的靈敏線以及次靈敏線進行選擇，再對曲線當中的各個微量元素分析譜線進行掃描，最后將磁鐵礦中所有的微量元素的譜圖進行重疊、比對，并記錄下所有譜線的信號以及背景的強弱程度，從中選擇干擾較小，信背比更高的譜線作為測定譜線。

（三）確定內外標及激光束大小

合理的選擇內外標可以有效的降低激光剝蝕等離子體質譜法測定磁鐵礦微量元素組成方法測定過程中相對標準偏差，從而進一步提高測定結果的精準度。內標主要是用于對標準樣品以及被測定的樣品的剝蝕效率的校正，外標主要用于對測定的儀器、設備等進行標定，從而測定出樣品中的微量元素定量。利用匹配完全的外標計算微量元素中的含量，利用己知的內標校正測定儀器[5]。設備的靈敏度。基本效應等。測定樣品中某種微量元素的含量計算公式為：

在確定內外標后，還需要對激光束的大小進行確定，原因在于激光束的大小會直接影響到最終待測定微量元素的剝蝕量，從而影響到測定結果的精度，通常情況下，隨著激光束的增大，激光對于待測定的樣品的剝蝕量會成倍增加。因此，確定激光束的大小取決于待測定樣品的物理及化學性質、樣品中紅的微量元素含量、樣品中是否含有雜質等。針對一般的測定標準，本文選用激光束的大小應在35μm到65 μm之間;對于個別的小顆粒磁鐵礦選用最小為15 μm的激光束。

二、實驗論證分析

利用本文設計的激光剝蝕等離子體質譜法測定磁鐵礦微量元素組成方法對磁鐵礦中的微量元素進行測定，從上述理論角度分析證明可以有效的提高測定結果的精準度。為了進一步驗證本文方法的測定時間與傳統測定方法相比更短，利用本文方法與傳統方法對同一磁鐵礦中的微量元素組成進行測定，完成對比實驗。

（一）實驗準備

實驗過程中主要用到的試劑包括優級純高氯酸、鹽酸、硝酸等。實驗需要的激光剝蝕等離子體質譜儀器相應參數如表l所示。

從微量元素組成己知的磁鐵礦中提取兩份各項參數均相同的樣本，為了保證實驗結果的客觀性，利用本文制備方法對兩份樣本進行制備。分別利用本文方法和傳統方法對該樣本進行測定，完成對比實驗。

（二）實驗結果及分析

將實驗過程中產生的微量元素含量、組成成分、測定時間等結果參數進行記錄，并將時間與微量元素組成數量之間的關系繪制成如圖l所示的曲線圖。

從圖l的實驗結果探知，利用兩種方法對同一磁鐵礦的六種微量元素組成進行測定，其測定時間明顯較傳統方法的用時短。從而驗證，筆者選取探究的激光剝蝕等離子體質譜法測定磁鐵礦微量元素組成方法測定速度更快、精準度更高、抗干擾能力更強，更適用于實際的磁鐵礦微量元素測量。

三、結語

各種類型的礦物當中微量元素的組成以及分布信息，都為成礦的作用過程研究提供了可靠的依據。而磁鐵礦作為一種常見的副礦物，對其微量元素進行研究更有利于研究人員對礦床成因的探討。本文利用激光剝蝕等離子體質譜法提出一種對磁鐵礦的微量元素進行測定的方法，并通過對比實驗證明了該方法的可行性。通過選擇必要的分析元素、適當的內外標以及恰當的激光束，利用激光剝蝕等離子體質譜法可以對更多類型的礦物的微量元素進行測定，從而獲取到不同礦物中的理想數據。

參考文獻：

[1]楊麗霞，陳健，宋權威，李冬玲，賈書君，李小佳.基于激光剝蝕一電感耦合等離子體質譜的管線鋼裂縫區域分布分析方法研究[J]冶金分析，2017，37 （04）：001-009

[2]汪偉，李志明，徐江，周國慶，粟永陽，吳艷敏，韋冠一，方隨，王文亮激光剝蝕-多接收電感耦合等離子體質譜法測定含钚顆粒物中-（240）Pu/-（239）Pu比值[J]分析化學，2017，45 （11）：1719-1726

[3]韓美，張熹，胡凈宇.激光燒蝕電感耦合等離子體質譜原位分布分析應用于高強鋼焊縫中化學成分與材料性能的相關性探討[J].冶金分析，2018，38 （03）：001-007.