李穎 張紋俊

摘要：針對(duì)不同的地質(zhì)條件、環(huán)境以及工業(yè)等方面的問(wèn)題，通過(guò)探究磁鐵礦物的元素以及同位素的組成可以更有利于對(duì)成礦時(shí)期的物理及化學(xué)條件進(jìn)行研究，從而找出新礦場(chǎng)。通過(guò)樣品制備、選擇測(cè)定條件及測(cè)定譜線、確定內(nèi)外標(biāo)及激光束大小，提出一種基于激光剝蝕等離子體質(zhì)譜法的磁鐵礦微量元素組成測(cè)定方法。通過(guò)對(duì)比實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證了該方法的測(cè)定速度更快，準(zhǔn)確性更高，更適用于實(shí)際的應(yīng)用當(dāng)中，為礦物數(shù)據(jù)的測(cè)定提供幫助。

關(guān)鍵詞：激光剝蝕等離子體質(zhì)譜法;磁鐵礦;微量元素

磁鐵礦是一種常見(jiàn)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(gòu)造主分布于巖漿巖、沉積巖及變質(zhì)巖當(dāng)中。傳統(tǒng)方法對(duì)磁鐵礦中的微量元素進(jìn)行測(cè)定時(shí)，通常會(huì)受到流體成分、濕度、溫度等各項(xiàng)條件因素的限制，導(dǎo)致測(cè)定的結(jié)果不準(zhǔn)確，影響后續(xù)的研究進(jìn)行[1]。而激光剝蝕等離子體質(zhì)譜法是近幾年才出現(xiàn)的微束技術(shù)，與傳統(tǒng)方法相比，具有更高的分辨率，且檢測(cè)時(shí)受到的限制條件較少，因此能夠快速的檢測(cè)出微量元素的組成及其它特征。對(duì)此，本文基于激光剝蝕等離子體質(zhì)譜法設(shè)計(jì)一種測(cè)定磁鐵礦微量元素組成的方法，有效提高測(cè)定時(shí)間，從而滿(mǎn)足綠色礦山開(kāi)采對(duì)磁鐵礦微量元素的測(cè)定要求。

一、激光剝蝕等離子體質(zhì)譜法測(cè)定磁鐵礦微量元素組成方法設(shè)計(jì)

（一）樣品制備

在制備樣品前，首先應(yīng)對(duì)激光剝蝕等離子體質(zhì)譜法測(cè)定磁鐵礦微量元素組成方法的測(cè)定環(huán)境進(jìn)行選擇。由于利用激光剝蝕等離子體質(zhì)譜法測(cè)定時(shí)激光光束的能量密度以及激光的頻率都會(huì)對(duì)測(cè)定結(jié)果造成一定的影響，因此針對(duì)不同的被測(cè)礦物測(cè)定應(yīng)適當(dāng)?shù)淖鞒稣{(diào)整[2]。本文測(cè)定礦物為磁鐵礦因此，激光的光束能量密度應(yīng)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(guān)系，因此，通過(guò)對(duì)鐵氧化物以及硫氧化物當(dāng)中的微量元素組成的改變進(jìn)行研究，有助于對(duì)被測(cè)定磁鐵礦的礦床形成及成因進(jìn)行更加細(xì)致的研究[3]。在制備樣品時(shí)主要可分為兩種方法，一種是樹(shù)脂餅拋光法，另一種是對(duì)“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(shù)脂餅上，并對(duì)其拋光進(jìn)行分析。第二種方法主要是針對(duì)很難挑選單礦物的磁鐵礦，可直接將被測(cè)定物體切至成較厚的薄片，并對(duì)薄片進(jìn)行雙面的拋光，保證其厚度大致在120μm到150μm之間。在實(shí)際選擇薄片厚度時(shí)，需要根據(jù)磁鐵礦的實(shí)際特征確定，對(duì)于容易產(chǎn)生脫落或腐蝕的磁鐵礦樣品可適當(dāng)增加其厚度，但保證至少25s的采樣時(shí)間。

（二）選擇測(cè)定條件及測(cè)定譜線

在對(duì)微量元素進(jìn)行測(cè)定時(shí)，分析元素的選擇主要取決于以下幾點(diǎn)：首先是針對(duì)測(cè)定儀器自身的分析精度以及檢測(cè)限。激光剝蝕等離子體質(zhì)譜法的分析精度和檢測(cè)限受到多種因素的影響，例如測(cè)定過(guò)程中的剝蝕量及剝蝕速度等。而剝蝕量又會(huì)受到多種因素的限制，例如剝蝕次數(shù)、輕度、頻率等。而剝蝕的次數(shù)又會(huì)受到樣品的薄片厚度等因素的影響。因此，當(dāng)測(cè)定的時(shí)間保持不變時(shí)，過(guò)多的測(cè)定微量元素會(huì)造成在每個(gè)微量元素上的測(cè)定時(shí)間過(guò)短，產(chǎn)生的信號(hào)強(qiáng)度減弱，從而導(dǎo)致微量元素的數(shù)目與檢測(cè)限之間成反比例關(guān)系，因此，本文在選擇測(cè)定微量元素時(shí)，每次只選取一種或兩種進(jìn)行測(cè)定，同時(shí)增加測(cè)定的次數(shù)，從而保證測(cè)定結(jié)果的準(zhǔn)確性。

其次不同的地質(zhì)環(huán)境對(duì)于磁鐵礦微量元素組成的測(cè)定結(jié)果也具有一定的影響。由于不同的微量元素在不同的地質(zhì)環(huán)境當(dāng)中的含量是不同的，因此目前并沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，在測(cè)定過(guò)程中需要根據(jù)磁鐵礦的地質(zhì)背景進(jìn)行分析和選擇[4]。尤其是對(duì)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(duì)其進(jìn)行粗略的測(cè)定確定微量元素的種類(lèi)，從而再進(jìn)行激光剝蝕等離子體質(zhì)譜法測(cè)定微量元素的組成。

在實(shí)際測(cè)定過(guò)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(yīng)產(chǎn)生了譜線所造成的光譜干擾問(wèn)題。光譜的干擾程度與微量元素的含量沒(méi)有直接的影響關(guān)系，而與譜線的選擇有著直接的影響關(guān)系。因此，在選擇適當(dāng)?shù)臏y(cè)定譜線可以增加測(cè)定方法結(jié)果的準(zhǔn)確性。首先針對(duì)譜線庫(kù)中的幾條不同微量元素的靈敏線以及次靈敏線進(jìn)行選擇，再對(duì)曲線當(dāng)中的各個(gè)微量元素分析譜線進(jìn)行掃描，最后將磁鐵礦中所有的微量元素的譜圖進(jìn)行重疊、比對(duì)，并記錄下所有譜線的信號(hào)以及背景的強(qiáng)弱程度，從中選擇干擾較小，信背比更高的譜線作為測(cè)定譜線。

（三）確定內(nèi)外標(biāo)及激光束大小

合理的選擇內(nèi)外標(biāo)可以有效的降低激光剝蝕等離子體質(zhì)譜法測(cè)定磁鐵礦微量元素組成方法測(cè)定過(guò)程中相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差，從而進(jìn)一步提高測(cè)定結(jié)果的精準(zhǔn)度。內(nèi)標(biāo)主要是用于對(duì)標(biāo)準(zhǔn)樣品以及被測(cè)定的樣品的剝蝕效率的校正，外標(biāo)主要用于對(duì)測(cè)定的儀器、設(shè)備等進(jìn)行標(biāo)定，從而測(cè)定出樣品中的微量元素定量。利用匹配完全的外標(biāo)計(jì)算微量元素中的含量，利用己知的內(nèi)標(biāo)校正測(cè)定儀器[5]。設(shè)備的靈敏度?；拘?yīng)等。測(cè)定樣品中某種微量元素的含量計(jì)算公式為：

在確定內(nèi)外標(biāo)后，還需要對(duì)激光束的大小進(jìn)行確定，原因在于激光束的大小會(huì)直接影響到最終待測(cè)定微量元素的剝蝕量，從而影響到測(cè)定結(jié)果的精度，通常情況下，隨著激光束的增大，激光對(duì)于待測(cè)定的樣品的剝蝕量會(huì)成倍增加。因此，確定激光束的大小取決于待測(cè)定樣品的物理及化學(xué)性質(zhì)、樣品中紅的微量元素含量、樣品中是否含有雜質(zhì)等。針對(duì)一般的測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)，本文選用激光束的大小應(yīng)在35μm到65 μm之間;對(duì)于個(gè)別的小顆粒磁鐵礦選用最小為15 μm的激光束。

二、實(shí)驗(yàn)論證分析

利用本文設(shè)計(jì)的激光剝蝕等離子體質(zhì)譜法測(cè)定磁鐵礦微量元素組成方法對(duì)磁鐵礦中的微量元素進(jìn)行測(cè)定，從上述理論角度分析證明可以有效的提高測(cè)定結(jié)果的精準(zhǔn)度。為了進(jìn)一步驗(yàn)證本文方法的測(cè)定時(shí)間與傳統(tǒng)測(cè)定方法相比更短，利用本文方法與傳統(tǒng)方法對(duì)同一磁鐵礦中的微量元素組成進(jìn)行測(cè)定，完成對(duì)比實(shí)驗(yàn)。

（一）實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

實(shí)驗(yàn)過(guò)程中主要用到的試劑包括優(yōu)級(jí)純高氯酸、鹽酸、硝酸等。實(shí)驗(yàn)需要的激光剝蝕等離子體質(zhì)譜儀器相應(yīng)參數(shù)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(xiàng)參數(shù)均相同的樣本，為了保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的客觀性，利用本文制備方法對(duì)兩份樣本進(jìn)行制備。分別利用本文方法和傳統(tǒng)方法對(duì)該樣本進(jìn)行測(cè)定，完成對(duì)比實(shí)驗(yàn)。

（二）實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

將實(shí)驗(yàn)過(guò)程中產(chǎn)生的微量元素含量、組成成分、測(cè)定時(shí)間等結(jié)果參數(shù)進(jìn)行記錄，并將時(shí)間與微量元素組成數(shù)量之間的關(guān)系繪制成如圖l所示的曲線圖。

從圖l的實(shí)驗(yàn)結(jié)果探知，利用兩種方法對(duì)同一磁鐵礦的六種微量元素組成進(jìn)行測(cè)定，其測(cè)定時(shí)間明顯較傳統(tǒng)方法的用時(shí)短。從而驗(yàn)證，筆者選取探究的激光剝蝕等離子體質(zhì)譜法測(cè)定磁鐵礦微量元素組成方法測(cè)定速度更快、精準(zhǔn)度更高、抗干擾能力更強(qiáng)，更適用于實(shí)際的磁鐵礦微量元素測(cè)量。

三、結(jié)語(yǔ)

各種類(lèi)型的礦物當(dāng)中微量元素的組成以及分布信息，都為成礦的作用過(guò)程研究提供了可靠的依據(jù)。而磁鐵礦作為一種常見(jiàn)的副礦物，對(duì)其微量元素進(jìn)行研究更有利于研究人員對(duì)礦床成因的探討。本文利用激光剝蝕等離子體質(zhì)譜法提出一種對(duì)磁鐵礦的微量元素進(jìn)行測(cè)定的方法，并通過(guò)對(duì)比實(shí)驗(yàn)證明了該方法的可行性。通過(guò)選擇必要的分析元素、適當(dāng)?shù)膬?nèi)外標(biāo)以及恰當(dāng)?shù)募す馐?，利用激光剝蝕等離子體質(zhì)譜法可以對(duì)更多類(lèi)型的礦物的微量元素進(jìn)行測(cè)定，從而獲取到不同礦物中的理想數(shù)據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

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