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        GCMS測(cè)定法在土壤金屬礦勘查中的應(yīng)用

        2021-12-01 03:02:06康波波
        世界有色金屬 2021年9期
        關(guān)鍵詞:檢測(cè)

        康波波

        (安徽省地勘局第一水文工程地質(zhì)勘查院,安徽 蚌埠 233000)

        土壤中含有大量金屬元素,對(duì)其成分、濃度進(jìn)行有效測(cè)定,可以為勘查金屬礦提供依據(jù)。在此環(huán)節(jié),研究人員需要從勘查區(qū)域之中采集土壤樣本,并且基于合適的檢測(cè)手段完成土壤成分分析。GCMS測(cè)定法是一種常用于土壤污染物檢測(cè)分析的技術(shù),利用該技術(shù)可以充分滿足土壤金屬礦勘查需求。

        1 GCMS測(cè)定法概述

        GCMS測(cè)定法全稱(chēng)氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用測(cè)定法,是一種被廣泛應(yīng)用在環(huán)保、電子、醫(yī)藥、食品安全等行業(yè)的檢測(cè)技術(shù),可為環(huán)境有機(jī)污染物分析、藥物殘留檢測(cè)分析、香精香氣成分檢測(cè)分析以及紡織品有害物質(zhì)檢測(cè)分析提供技術(shù)支持。

        在使用GCMS測(cè)定法時(shí),技術(shù)人員需要借助氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀完成樣品測(cè)定,該儀器主要由真空系統(tǒng)、進(jìn)樣系統(tǒng)、離子源、質(zhì)量分析器、檢測(cè)器和數(shù)據(jù)采集與儀器控制工作站組合而成。目前,氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀普遍具有良好的數(shù)據(jù)采集功能、數(shù)據(jù)處理功能和操作便捷性,基于此可準(zhǔn)確的定性、定量結(jié)果數(shù)據(jù),還能集成NIST譜圖檢索功能,可為提高樣品檢測(cè)分析質(zhì)效提供保障[1]。

        在實(shí)際應(yīng)用環(huán)節(jié),當(dāng)混合樣品進(jìn)入色譜柱以后,其內(nèi)部成分會(huì)在吸附劑的作用下形成運(yùn)行速度差,其中吸附力弱的成分容易解吸,最終離開(kāi)色譜柱進(jìn)入檢測(cè)器,組分吸附力越強(qiáng)離開(kāi)色譜柱的時(shí)間就越長(zhǎng)。當(dāng)樣品中的所有組分被分離后依次進(jìn)入檢測(cè)器時(shí),檢測(cè)儀器會(huì)完整而清晰地記錄相關(guān)數(shù)據(jù),從而為有效分析提供輔助。以上,就是GCMS測(cè)定法的主要應(yīng)用原理。

        2 土壤金屬礦勘查技術(shù)

        2.1 前期踏勘準(zhǔn)備

        一方面,在土壤金屬礦勘查中前期踏勘環(huán)節(jié)的調(diào)查結(jié)果將直接影響到后續(xù)設(shè)計(jì)階段的工作布置情況,例如倘若未能針對(duì)擬工作區(qū)范圍內(nèi)第四紀(jì)覆蓋物的類(lèi)型進(jìn)行全面調(diào)查掌握,未能收集關(guān)于第四紀(jì)覆蓋物厚度的完整資料,可能導(dǎo)致選取覆蓋物厚度超過(guò)2m的區(qū)域進(jìn)行土壤金屬礦的勘測(cè),影響到實(shí)際測(cè)量結(jié)果精度。另一方面,在設(shè)計(jì)階段需做好擬工作區(qū)成礦規(guī)律、礦床特征以及平面展布特征的調(diào)查,便于識(shí)別出勘探目標(biāo)體存在的異常信息,避免為后續(xù)勘查環(huán)節(jié)留下安全隱患。

        2.2 粒級(jí)試驗(yàn)結(jié)果

        通常不同土壤的粒級(jí)組成存在顯著差異,需通過(guò)開(kāi)展粒級(jí)試驗(yàn)進(jìn)行主成礦元素粒級(jí)特征的判斷,否則將干擾待測(cè)金屬礦的測(cè)量結(jié)果,導(dǎo)致加工成品的粒級(jí)非自然粒級(jí)。

        2.3 采樣控制精度

        土壤采樣是調(diào)查了解土壤結(jié)構(gòu)類(lèi)型的前提條件,以母質(zhì)層為代表的層級(jí)其埋藏深度與覆蓋厚度往往成正比,而不同測(cè)區(qū)的覆蓋物厚度存在一定差異,為采樣環(huán)節(jié)的指標(biāo)控制帶來(lái)較大難度。

        當(dāng)前主要采用層位控制采樣方法進(jìn)行采樣控制,但還需結(jié)合覆蓋物的厚度指標(biāo)進(jìn)行采樣工具的合理選擇與采樣方法的科學(xué)使用,同時(shí)對(duì)于采樣人員的專(zhuān)業(yè)度提出較高要求,倘若采樣人員缺乏專(zhuān)業(yè)知識(shí)基礎(chǔ),在實(shí)際采集樣品環(huán)節(jié)可能無(wú)法有效甄別并采集到符合要求的層位樣品,對(duì)金屬礦勘查工作實(shí)效構(gòu)成影響。

        3 土壤金屬礦勘查中的GCMS測(cè)定法應(yīng)用要點(diǎn)

        在基于GCMS測(cè)定法勘查金屬礦時(shí),相關(guān)工作人員應(yīng)該對(duì)樣品土壤做好定性與定量分析,以便于獲得準(zhǔn)確數(shù)據(jù)。為此,我們對(duì)GCMS測(cè)定法在土壤金屬礦勘查中的應(yīng)用要點(diǎn)進(jìn)行了論述。

        3.1 儀器選用

        應(yīng)用GCMS測(cè)定法時(shí),必須選用氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀。當(dāng)然,為保證樣品前處理和測(cè)定效果,相關(guān)工作人員還應(yīng)該合理選用作用在其他程序的儀器。在實(shí)踐中,可選用GCMS-QP2020 NX或PE GCMS CLARUS600/560S作為土壤金屬礦勘查的GCMS檢測(cè)儀器。在選定檢測(cè)儀器后,相關(guān)工作人員需要明確儀器組成并完成儀器性能、參數(shù)的檢驗(yàn),從而保證檢測(cè)儀器的可用性。

        此時(shí),相關(guān)工作人員還應(yīng)該從實(shí)際出發(fā),對(duì)氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀的數(shù)據(jù)采集模式也就是檢測(cè)方法進(jìn)行調(diào)整,為提高土壤成分檢測(cè)科學(xué)性和準(zhǔn)確性做好準(zhǔn)備[2]。比如,基于全程掃描模式(總離子流色譜法)開(kāi)展定性檢測(cè);基于選擇性離子檢測(cè)模式開(kāi)展定量檢測(cè)。此外,金屬礦勘查人員還應(yīng)該合理做好質(zhì)量分析器的選用工作。比如,合理選用飛行時(shí)間質(zhì)量分析器、離子阱質(zhì)量分析器、四級(jí)質(zhì)量分析器等。

        3.2 樣品前處理

        利用GCMS測(cè)定法勘查金屬礦時(shí),相關(guān)工作人員必須合理制備樣品,才能保證檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確性。在制備樣品前,檢測(cè)人員需要先做好土壤樣品采集工作。比如,進(jìn)入待檢測(cè)區(qū)域直接采集當(dāng)?shù)?0cm深度土壤作為檢測(cè)樣本。而后,還需要對(duì)已獲得的土壤進(jìn)行前期處理,進(jìn)而制備出可用的GCMS檢測(cè)樣品。在此環(huán)節(jié),可選用以下幾種方法開(kāi)展樣品前處理:

        (1)溶劑萃取。此時(shí)可基于液-固萃取或索氏提取法完成待測(cè)土壤樣品的前處理,為提高測(cè)定精確度和靈敏性奠定基礎(chǔ)。不過(guò),這種萃取方法存在耗用量大、提取時(shí)間長(zhǎng)和易引入新雜質(zhì)的缺陷,若操作不當(dāng)會(huì)對(duì)檢測(cè)精確度和回收率造成影響。

        (2)微波萃取。這種樣品前處理方法是萃取法與微波技術(shù)結(jié)合下的產(chǎn)物,能夠?yàn)樘岣邩悠分苽滟|(zhì)效提供保障。在實(shí)踐中,身處于微波場(chǎng)當(dāng)中的物質(zhì)之間存在介電常數(shù)差異,所以他們對(duì)微波能的吸收程度不同,自產(chǎn)熱能和向周?chē)鷤鬟f的熱能也不同,因此基于微波技術(shù)會(huì)造成萃取體系中的組分受熱不均衡。在利用微波萃取法制備土壤樣品時(shí),其中的水、堿、乙醇、鹽等物質(zhì)能將微波能轉(zhuǎn)化為熱能,在吸收微波的基礎(chǔ)上提高自身與周?chē)臒岫?;而非極性分子結(jié)構(gòu)物則會(huì)少量吸收微波能,金屬類(lèi)物質(zhì)將反射微波[3]?;诖?,檢測(cè)人員可快速判斷樣品中是否含有金屬類(lèi)元素,可有效節(jié)約時(shí)間與試劑,更能提升樣品制備精度與回收率。

        (3)固相微萃取。固相微萃取源自于固相萃取,其技術(shù)原理是依照物質(zhì)與溶劑之間的相似相溶性質(zhì),給予色譜固定相的吸附作用,實(shí)現(xiàn)組分萃取富集,從而完成樣品前處理。

        3.3 定量分析

        基于GCMS測(cè)定法勘查土壤金屬礦時(shí),需要合理選用定量分析法,從而為有效確定土壤中的金屬元素含量奠定基礎(chǔ)。現(xiàn)階段,常用的GCMS定量分析法有兩種,其一是外標(biāo)法;其二是內(nèi)標(biāo)法。

        (1)外標(biāo)法。應(yīng)用外標(biāo)法,將以樣品中的待測(cè)組分純品作為標(biāo)準(zhǔn)樣品,然后通過(guò)比較樣品和標(biāo)準(zhǔn)樣品中待測(cè)組分的響應(yīng)信號(hào),來(lái)完成定量分析。在實(shí)際應(yīng)用環(huán)節(jié)外標(biāo)法共分為兩種應(yīng)用類(lèi)型,一種是工作曲線法,應(yīng)用時(shí)需基于被測(cè)品標(biāo)樣配制多種濃度的對(duì)照品溶液進(jìn)而確定工作曲線、求取斜率和截距,再通過(guò)利用曲線確定樣品中的組分濃度;另一種是外標(biāo)一點(diǎn)法,將通過(guò)測(cè)量相同條件下的樣品組分峰面積均值,計(jì)算樣品組分含量。

        (2)內(nèi)標(biāo)法。使用這種方法開(kāi)展定量分析時(shí),應(yīng)將樣品沒(méi)有的純物質(zhì)選為內(nèi)標(biāo)物,并將其加入樣品溶液,然后對(duì)比內(nèi)標(biāo)物與待測(cè)成分的相應(yīng)信號(hào),確定待測(cè)成分含量。內(nèi)標(biāo)物定量的結(jié)果不受進(jìn)樣量重復(fù)性的影響,而且只要被測(cè)物與內(nèi)標(biāo)物出峰且分離度達(dá)標(biāo)就可以完成定量檢測(cè)。不過(guò),在選擇內(nèi)標(biāo)物時(shí),必須確定被測(cè)樣品中不含有該物質(zhì),而且它應(yīng)該是純度達(dá)標(biāo)的純物質(zhì)。雖然,內(nèi)標(biāo)法的定量分析結(jié)果準(zhǔn)確性較高,但是這種方法也存在內(nèi)標(biāo)物不易獲得、樣品配置難度高的問(wèn)題,所以相關(guān)工作人員需要根據(jù)實(shí)際需要謹(jǐn)慎選用。

        4 結(jié)論

        綜上所述,借助于GCMS測(cè)定法開(kāi)展土壤金屬礦勘查,有助于提高金屬礦勘查的準(zhǔn)確性、便捷性和經(jīng)濟(jì)性,能為提高檢測(cè)工作整體質(zhì)效奠定基礎(chǔ)。

        為保證GCMS測(cè)定法的應(yīng)用效果,相關(guān)工作人員需要基于實(shí)際需求選定檢測(cè)儀器并且在檢測(cè)環(huán)節(jié)保證操作規(guī)范、流程完整。

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