激光剥蚀电感耦合等离子体质谱元素微区分析标准物质研究进展
2015-05-05吴石头王亚平许春雪
吴石头, 王亚平, 许春雪
(1.国家地质实验测试中心, 北京 100037; 2.中国地质大学(武汉)地球科学学院, 湖北 武汉 430074; 3.Geoscience Center Göttingen, University of Göttingen, Goldschmidt Straβe.1, 37077, Göttingen, Germany)
激光剥蚀电感耦合等离子体质谱元素微区分析标准物质研究进展
吴石头1,2,3, 王亚平1*, 许春雪1
(1.国家地质实验测试中心, 北京 100037; 2.中国地质大学(武汉)地球科学学院, 湖北 武汉 430074; 3.Geoscience Center Göttingen, University of Göttingen, Goldschmidt Straβe.1, 37077, Göttingen, Germany)
激光剥蚀电感耦合等离子体质谱(LA-ICP-MS)是目前地球科学分析领域的重要技术手段,元素微区分析标准物质研制是该分析技术发展的重要方向。本文对当前LA-ICP-MS元素微区分析标准物质的种类、元素分布以及应用上的优缺点和标准物质的制备方法进行了评述。现有的有证标准物质数量不多、种类不齐全,部分元素浓度较低,定值不确定度较大,应用上受到较大的局限性;研制标准也不成熟,均匀性检验方面尚未有统一的方法。本文参照岩石粉末标准物质均匀性检验方法提出了两步均匀性检验法,同时指出在标准物质种类方面,铂族元素及Au元素浓度适当、Pb-S等不同硫化物基体标准物质,以及化学成分不同的碳酸岩和磷酸岩基体标准物质是当前的迫切需求;在标准物质研制技术方面,纳米岩石粉末压片技术的研发、原位微区分析标准物质(固体)均匀性检验判别标准研究是亟待解决的问题。
LA-ICP-MS; 标准物质; 熔融玻璃法; 纳米粉末压片法; 均匀性检验
激光剥蚀电感耦合等离子体质谱法(LA-ICP-MS)作为一种原位微区分析方法在地质样品分析领域已有广泛的应用,如:单矿物原位微区分析[1]、流体和熔融包裹体分析[2-5]、锆石年代学研究[6-9]等,并越来越受到重视。LA-ICP-MS具有样品前处理简单、空间分辨率高(微米级)、检出限低(10 ng/g)以及多元素同时分析等优点[1,10-13],在过去的15年中,该技术的灵敏度、精密度以及稳定性有了很大的提升,这主要是基于激光器和ICP-MS仪器两方面的发展。激光器方面,波长趋于更小(红外~近紫外)[14],脉冲时间趋向更短(纳秒>飞秒)[15];优化设计的剥蚀池提高了气溶胶传输效率并有效地降低了元素分馏效应;不断更新的操作软件使得分析操作更为方便。ICP-MS仪器方面,从四极杆到扇形双聚焦的发展,从单接收到多接收的发展,仪器的稳定性和分辨率大大提高,同时扫描时间更快,检测范围更宽(10-9~10-1),这都极大地提升了LA-ICP-MS的分析性能。
标准物质是分析测试的重要组成部分,主要用于实验室测试能力考核、样品分析质量监控以及仪器校准等方面。LA-ICP-MS原位微区分析过程中,标准物质是关键的要素[16-20],它不仅用来监控仪器的漂移,还用作分析测试的浓度校准,其直接影响到测试数据的质量。相对于岩石粉末标准物质,LA-ICP-MS原位微区分析标准物质的研制技术薄弱,发展比较缓慢,并且研制标准不成熟。表现在现有的LA-ICP-MS元素分析有证标准物质不多,种类不齐全,主要为NIST系列玻璃、MPI-DING系列玻璃和USGS系列玻璃等,其中有关地质样品的有证标准物质仅有MPI-DING和USGS系列标准物质[21-22],并且由于部分元素定值含量较低,定值不确定度较大,在应用上有较大的局限性。相应的标准物质缺乏是限制该技术进一步发展的重要问题,同时也是有待满足现代应用需求的关键所在。
本文阐述了LA-ICP-MS所用元素微区分析标准物质的研究现状,总结了原位微区分析标准物质的3种制备方法(自然界均匀矿物法、熔融玻璃法、粉末压片法),在参照岩石粉末标准物质均匀性检验方法及总结前人研究成果的基础上,提出了针对于微区分析标准物质(固体)的“两步均匀性检验法”。阐述了目前在标准物质研制技术方面所存在的技术问题及主要瓶颈,并对该方面研究的发展方向作了展望。
1 现有LA-ICP-MS元素微区分析标准物质
现有LA-ICP-MS元素微区分析标准物质汇总于表1,主要有熔融玻璃标准物质和粉末压片标准物质。其中,熔融玻璃标准物质主要有NIST系列、USGS系列、MPI-DING系列、CGSG系列以及BAM系列;粉末压片标准物质主要为USGS压片系列标准物质。
表1 现有主要的LA-ICP-MS元素微区分析标准物质
1.1 熔融玻璃标准物质
1.1.1 NIST系列玻璃标准物质
NIST系列玻璃标准物质是由美国国家标准与技术研究所(NIST)研制。NIST61x系列玻璃标准物质主要有NIST610、NIST612、NIST614和NIST616,最初是用作玻璃成分分析标准物质,用于玻璃样品的分析质量监控,现作为主要元素微区分析标准物质,广泛应用于国内外LA-ICP-MS实验室。该系列标准物质为合成玻璃,4个标准物质的定值主量元素均为4项,含量相似,分别为SiO2(~70%)、Al2O3(~2%)、Na2O(~13.5%)和CaO(~12%),定值微量元素66项,每个标准物质中微量元素含量相似,从NIST610到NIST616依次递减,分别为~450 μg/g、~40 μg/g、1 μg/g和0.02 μg/g,可满足微量元素不同含量的分析需求。其中NIST610 和NIST612的微量元素含量相对较高,分布均匀,是最常采用的标准物质。缺点为该系列玻璃的主微量成分与地质样品相差很大,如NIST610中Fe的含量为458 μg/g,而在地质样品中Fe的含量是%级,采用NIST系列玻璃进行校准可能存在较大的基体效应[1]。
1.1.2 USGS系列玻璃标准物质
USGS系列玻璃标准物质是由美国地质调查局(USGS)研制。USGS系列玻璃标准物质主要有:BCR-2G、BHVO-2G、BIR-1G、NKT-1G、TB-1G、GSC-1G、GSD-1G和GSE-1G等。BCR-2G、BHVO-2G、BIR-1G、NKT-1和GTB-1G是由硅酸岩石粉末标准物质BCR-2、BHVO-2、BIR-1、NKT-1和 TB-1高温熔融,快速冷却制备而成的玻璃标准物质。其中BCR-2G、BHVO-2G、BIR-1G和TB-1G的基质为玄武岩,NKT-1G的基质为霞石岩。该系列标准物质的化学组成与地质样品匹配,可减少校准过程中带来的基体效应。缺点为某些定值元素的不确定度较大,在校准过程中常受到限制,如BHVO-2G中的主量元素仅给出了参考值;BCR-2G中的Cu和Sb,BHVO-2G中的Cs、Sb和Sn等元素的不确定度均达20%以上,并且一些微量元素的含量偏低,如BIR-1G中的La和Pr含量分别为0.609 μg/g和0.37 μg/g,该标准物质不适合用作这2个元素的校准。GSC-1G、GSD-1G和GSE-1G是系列合成玻璃[16],3个标准物质的定值主量元素均为玄武岩主量成分,定值的微量元素52项,每个标准物质的微量元素含量相似,即GSC-1G约3 μg/g,GSD-1G约30 μg/g,GSE-1G约300 μg/g。
USGS系列玻璃在地质样品原位微区分析应用中是理想的标准物质,含有与地质样品匹配的主量元素,以及可满足微量元素不同含量的分析需求。
1.1.3 MPI-DING系列玻璃标准物质
MPI-DING系列玻璃标准物质是由德国Dingwell教授在1993年研制而成[35],现在由德国马普化学研究所Klaus Peter Jochum博士负责。MPI-DING系列玻璃包括KL2-G(玄武岩)、ML3B-G(玄武岩)、StHs6/80-G(安山岩)、GOR128-G(科马提岩)、GOR132-G(科马提岩)、ATHO-G(流纹岩)、T1-G(石英闪长岩)和BM90/21-G(橄榄岩)等8种,覆盖了从超基性岩到酸性岩的大部分岩性。该系列玻璃标准物质分别由相应的岩石粉末高温熔融,快速冷却制备而成。由于包含多种不同类型的岩石成分,且定值元素较多,较为广泛地应用于地质样品分析LA-ICP-MS实验室。缺点为少数元素定值的不确定度较大,一些元素只给出了参考值(常用的原位微区分析标准物质的定值元素、浓度及不确定度,可查阅GeoReM数据库http://georem.mpch-mainz.gwdg.de/)。某些微量元素含量很低,如GOR128-G和GOR132-G中的稀土元素含量在0.08~1.2 μg/g范围内,接近LA-ICP-MS仪器检出限,表明该标准物质不适合应用于稀土元素分析校准。
1.1.4 CGSG系列玻璃标准物质
CGSG系列玻璃标准物质是由国家地质实验测试中心Hu等[33]于2011年研制,包括CGSG-1、CGSG-2、CGSG-4和CGSG-5共4种。其中CGSG-1基质是西藏碱性玄武岩石粉末,CGSG-2由国家标准物质GBW07109(霓霞正长岩成分)研制,CGSG-4基质是北京土壤,CGSG-5由国家标准物质GBW07104(安山岩成分)研制。CGSG系列标准物质目前主要用作实验室内部标准物质。
1.1.5 BAM系列玻璃标准物质
BAM系列玻璃标准物质是由德国联邦材料与测试研究所(BAM)研制,主要指BAM-S005-A和BAM-S005-B。Matschat等[36]于2005年研制的为碱石灰基质玻璃,最初是作为X射线荧光光谱(XRF)分析玻璃标准物质,定值微量元素22项。Yang等[34]研究表明这2个系列玻璃适合用作LA-ICP-MS原位微区分析标准物质,特别针对于 As、Cd、Sb、Se和Zn等元素的校准。但其他重要的微量元素如稀土元素(除Ce外)含量很低,并没有给出定值浓度。BAM系列玻璃标准物质与NIST系列玻璃标准物质具有相似的主量元素成分,用来校准地质样品时可能存在类似于NIST基体效应,因此在地质分析领域受到限制。仅个别文献报道了BAM-S005-A和BAM-S005-B这2个玻璃标准物质应用于LA-ICP-MS原位微区分析研究[15,37]。
1.2 粉末压片标准物质
粉末压片标准物质主要为碳酸岩(盐岩)粉末压片、硫化物粉末压片和磷酸岩粉末压片等。这3类岩石在自然界中较难采到微量元素含量高并且分布均匀的矿物来作标准物质,且不易采用熔融冷却方法制备成玻璃。粉末压片标准物质由于颗粒表面容易吸附水分等原因,其保存条件比熔融玻璃标准物质严格。
1.2.1 碳酸岩基质标准物质
碳酸岩(盐岩)粉末薄片标准物质主要有MACS-3(由USGS研制)。MACS-3为钙质碳酸盐岩粉末压片,定值主量元素3项,定值微量元素44项,其中稀土元素含量大约为10 μg/g, 其他微量元素含量大约为50 μg/g。Chen等[30]研究表明MACS-3中也有个别元素分布不均匀,并修订了Nb的定值浓度为53.4 μg/g。文献[29-31]报道了该标准物质在碳酸盐岩样品(如鱼耳石、石笋等样品)分析中的应用。随着环境气候研究领域越来越受到重视,碳酸岩(盐岩)原位微区分析的应用需求将大大增加,制备更多的此类基体的标准物质是微区分析急需解决的重要问题。
1.2.2 硫化物基质标准物质
硫化物基质粉末压片标准物质主要有MASS-1(由USGS研制)。MASS-1为合成多金属硫化物粉末压片,定值主量元素4项(S、Cu、Fe和Zn),其组成与天然硫化物比较接近,定值微量元素20项,含量大约50 μg/g。硫化物矿物是铂族元素(PGEs)和Au等的主要富集矿物,而MASS-1仅对Au作了定值,经查询GoeReM数据库,MASS-1中PGEs元素(除Pt、Ir外)含量很低,不适合作这些元素的校准标准物质。并且由于Pb不是主量元素,不能用作方铅矿的标准物质,因而极大地限制了LA-ICP-MS在硫化物矿物原位微区分析中的应用。Yuan等[38]采用归一化,以硫元素作为内标研究MASS-1各定值元素分布情况及其与硅酸岩玻璃之间的基体效应。合成PGEs及Au元素浓度适当、Pb-S等不同硫化物矿物基体的标准物质是目前研制的重点和亟待解决的问题。
1.2.3 磷酸岩基质标准物质
磷酸岩基质粉末压片标准物质有2个,即MAPS-4和MAPS-5,均为钙质磷酸岩基质,由USGS研制。目前还处于商业化,这2个标准物质的元素分布相似,并呈现梯度,MAPS-4中多数微量元素含量高出MAPS-5大约10倍。GeoReM数据库给出了这2个标准物质的元素分布,并提供了初定值。随着磷酸岩(矿物)地球化学更加广泛的应用,特别是在微区微量元素分析领域,研制更多的磷酸岩基体的LA-ICP-MS标准物质显得极为重要。
1.3 其他标准物质
另外还有一些标准物质是由科研工作者个人研制,并未商业化,主要用作实验室内部标准物质或次级标准物质。例如,Klemme等[39]研制了11个硅酸岩和磷酸岩玻璃标准物质,可用作单斜辉石、磷辉石以及榍石等矿物原位微区分析标准物质。Audétat等[40]在中国山东采集了自然形成的富含Ti的石英矿物,研制了石英中微量元素原位微区分析标准物质,用于Ti地质温度计等方面的研究。Ulrich等[41]定值研究了自然界产出的黑曜石玻璃,用作LA-ICP-MS分析过程中质量监控及校准标准物质,可消除合成玻璃与自然界样品的基体效应。Danyushevsky等[42]应用XRF分析样品的制备方法研制了硫化物基体的标准物质STDGL2b2,表明XRF样品的制备方法可以作为LA-ICP-MS硫化物基体标准物质的技术手段。Gilbert等[43]报道了NiS-3、PGE-A、Po724-T和Po727-T1等几种硫化物基质标准物质的研制工作,并应用于硫化物中铂族元素微区分析等研究领域。这些标准物质虽然并未商业化,但在LA-ICP-MS分析应用领域发挥着很大的作用,并促进了地球科学分析领域的发展。
选用标准物质时,首先要考虑基体,如硅酸岩分析尽量选择硅酸岩熔融玻璃标准物质,碳酸岩分析尽量选用碳酸岩粉末压片标准物质。其次,选用的标准物质化学成分与待分析样品匹配,如不能选用元素浓度很低的标准物质校准元素浓度很高的样品,并且还需要考虑定值元素的不确定度等因素。
2 LA-ICP-MS原位微区分析标准物质的制备方法
LA-ICP-MS原位微区分析标准物质的制备方法主要有自然界均匀矿物法、熔融玻璃法和粉末压片法等。
2.1 自然界均匀矿物法
该方法主要是采用自然界产出的均匀晶体或矿物,经均匀性检验达到要求后,并经系统定值研究后来作为标准物质,如富含Ti的石英晶体标准物质[40]、黑曜石火山玻璃标准物质[41]、锆石年代学研究标准物质[42-46]等。但在自然界中,由于受地质条件及晶体中晶格大小等物理参数的限制,很难找到理想的原位微区分析标准物质,仅通过寻找自然产出的均匀性矿物,远远不能满足当前地学研究领域对LA-ICP-MS标准物质的需求。
2.2 熔融玻璃法
熔融玻璃法是目前地质分析领域最常见的LA-ICP-MS元素微区分析标准物质的制备方法,通常包括以下步骤:①将岩石样品粉碎或以现有的岩石粉末标准物质替代;②通常以氧化物的形式添加微量元素(可选),并混匀;③高温熔融(1500~1600℃)后搅拌均匀,快速冷却,通常是水冷淬火;④形成的玻璃再次粉末化,重复③步骤,以确保样品的均匀性;⑤切割成大小适当的形状,进行均匀性检验、稳定性检验和联合实验室定值研究。
文献中报道了有关玻璃熔融法的仪器设备、挥发性元素控制等实验条件优化信息。例如,Stoll等[47]采用自动控制铱带加热器制备了硅酸岩石粉末熔融玻璃,深入探究了熔融温度和熔融时间对易挥发元素的影响。Zhu等[48]采用氮化硼坩埚,通过对硅酸岩石粉末熔融制备了均匀性很好的玻璃。该技术很好地控制了易挥发元素的损失,但也造成Cr、Ni和Cu不同程度的损失。在采用熔融玻璃法制备原位微区分析标准物质时,应需要注意以下几点:①熔融过程中易挥发元素的损失;②熔融过程中的污染问题;③如何有效地消除气泡。
2.3 粉末压片法
粉末压片法主要用来研制碳酸岩(盐岩)、硫化物等基体的原位微区分析标准物质。粉末压片方法主要包括两种:微米级粉末压片和纳米级粉末压片。微米级粉末压片法又分为填加黏合剂[49]和不填加黏合剂[50]两种。填加黏合剂能增强粉末压片的性能,但会引入非基体的污染、元素稀释等问题。纳米级颗粒压片具有优良的黏结性能,结构致密,剥蚀行为容易控制,是当前LA-ICP-MS 原位微区分析标准物质制备方法研究的热点。目前文献报道的有关制备纳米级岩石粉末颗粒的方法,主要有以下两种。
Tabersky等[21]采用火焰喷涂技术,制作纳米级粉末颗粒。Athanassiou等[51]对该技术作了详细说明,即将含有一定数量已知浓度的金属有机前体进行火焰喷涂,然后收集纳米粉末颗粒,颗粒大小在10~25 nm之间。将收集的纳米粉末颗粒进行压片制成粉末压片标准物质。Tabersky等[21]采用该技术制备了2个硅酸岩基质的标准物质,主量元素为SiO2、Al2O3、Fe2O3、TiO2、MgO、Na2O和CaO,含量分别为73%、2%、1.8%、2.2%、1.8%、7.5%和11.5%,微量元素为Ag、Au、Pt、Pd、Ru、Rh、Ho、Tb、
Gd和Ce,这2个标准物质的微量元素浓度相似,分别为300 μg/g和1000 μg/g。该技术为科学工作者提供了一种可以根据具体的实验需要制备基体匹配标准物质(如碳酸岩、硫化物等基体)的新思路。
Garbe-Schönberg等[22]采用湿式研磨法,制备纳米级岩石粉末。将约2 g现有岩石粉末标准物质放入高功率行星式球磨机中的玛瑙器皿中,加入8 mL去离子水,间歇性研磨,研磨好的粉末水溶物经冷冻干燥制备成纳米级岩石粉末,进行压片,采用该技术制备的粉末颗粒半径小于1.5 μm。Garbe-Schönberg等采用该技术分别制备了基于岩石粉末标准物质BHVO-2、JGb-1、UB-N、AC-E、GA等纳米粉末压制薄片,为科学工作者制备基体匹配的纳米粉末压制薄片提供了一种新思路。
纳米粉末压制薄片具有更好的致密性和均匀性,克服了由于矿物颗粒太大引起的剥蚀信号不稳定的问题,剥蚀行为容易控制。但也有缺点,如制造过程中不可避免的污染问题,较大的比表面积使得颗粒表面容易吸水,保存条件也苛刻。制备纳米级粉末还用很多方法,如气流粉碎法、碳化法制备纳米级碳酸钙等,开发新的纳米级岩石粉末颗粒制备技术,将有助于促进纳米粉末压片标准物质的发展,促进LA-ICP-MS在地学分析领域的应用。
3 元素微区分析标准物质的均匀性检验及判别方法
均匀性通常指物质的一种或几种特性具有相同组分或相同结构的状态,元素的均匀分布是标准物质最基本的要求之一。均匀性是用于描述标准物质特征的空间分布特征,同时也是标准物质传递准确量值的保证。
有关固体原位微区分析均匀性检验标准及方法尚未有统一的标准,文献报道了一些判别标准。例如,Jochum等[17]报道了玻璃标准物质均匀性检验的判断标准,规定若候选物的重复测试标准偏差高于标准物质的重复测试标准偏差的3倍,则判定样品不均匀。Klemme等[39]报道了候选物重复测试相对标准偏差的2倍在分析不确定度范围内,就可认定样品是均匀的。均匀性检验时,如果采用的是分析不确定度高的方法,如LA-ICP-MS,应考虑分析不确定度。Yang等[34]认为标准物质候选物样品中某元素的分析结果的相对标准偏差小于分析方法不确定度,就可以说明该候选物是均匀分布的,分析方法的不确定度可以通过测定标准物质的相对标准偏差来得到,并绘制了LA-ICP-MS信号值与相对标准偏差的关系图,如果落在该区域内说明样品是均匀分布的。Wilson等[52]认为如果一个固体标准物质侯选物的主量元素分析结果的相对标准偏差小于4%,就可认为候选物是均匀的。Danyushevsky等[42]认为如果某元素的14次分析结果的相对标准偏差小于或等于单次原位分析的平均误差,即可认为该元素是均匀分布的。Tomlinson等[53]采用LA-ICP-MS原位微区分析方法,通过单因素方差分析研究了火山灰均匀性问题,该均匀性检验方法可以用来验证标准物质候选物的均匀性。相关文献中均未报道抽取单元数、分析测试重复次数等参数的选择标准及对均匀性检验判别结果的影响。
相比于固体微区分析标准物质均匀性检验标准,岩石粉末标准物质均匀性检验标准已经很成熟了,并已制订国家标准,即JJF1343—2012《标准物质定值的通用原则及统计学原理》。根据规范JJF1343—2012及总结前人成果的基础上,本文提出了原位微区分析固体标准物质均匀性检验方法——两步均匀性检验法,即分为两步:整体分析均匀性检验和微区分析均匀性检验。
(1)整体分析均匀性检验
采用规范JJF1343—2012对标准物质的均匀性进行检验。以熔融玻璃为例,标准物质通常是切割成直径为10 mm、高度为5 mm的圆柱形,这样圆柱形的标准物质作为最小抽取单元。取样方式、抽取单元数、均匀性评估统计模式等均参照规范JJF1343—2012进行。
(2)微区分析均匀性检验
微区分析均匀性检验是指取样单元内微米级均匀性检验。微区分析主要方法为电子探针和LA-ICP-MS。在通过整体分析均匀检验后,随机抽取若干单元,每个单元内随机选定一定数量的微区区域。单个微区区域内均进行若干次电子探针分析和LA-ICP-MS分析,分别进行微区区域间、微区区域内的均匀性评估。抽取单元数、单元内选定微区区域数、微区区域内进行的分析次数和评估统计模式均参照规范JJF1343—2012进行。
4 研究展望
LA-ICP-MS以其优越的分析能力,将来在地学样品分析领域具有更广泛的应用,相应的标准物质研制工作也将受到越来越多的重视。从目前标准物质的种类及标准物质的研制方法等方面分析,仍有许多工作亟需解决。首先,在标准物质制备种类方面,有以下几点研制需求:①非玄武岩基体,并具有微量元素梯度的系列玻璃标准物质;②PGEs及Au元素浓度适当、Pb-S等不同基体的硫化物标准物质;③基体不同及化学成分各异的碳酸岩和磷酸岩微区分析标准物质。其次,在标准物质的研制技术方面,有以下几点研究需求:①纳米岩石粉末压片技术的研发;②粉末压片制备参数及保存条件的研究;③原位微区分析标准物质(固体)均匀性检验判别标准研究;④不同实验室分析数据对比研究。总的来说,研制出种类齐全、满足地球化学研究领域需求的标准物质,将在很大程度上促进LA-ICP-MS分析技术的发展。
[1] Liu Y S,Hu Z C,Gao S,et al.In situ Analysis of Major and Trace Elements of Anhydrous Minerals by LA-ICP-MS without Applying an Internal Standard[J].Chemical Geology,2008,257(1-2):34-43.
[2] Seo J H,Guillong M,Aerts M,et al.Microanalysis of S,Cl,and Br in Fluid Inclusions by LA-ICP-MS[J]. Chemical Geology,2011,284(1-2):35-44.
[3] Wälle M,Heinrich C A.Fluid Inclusions Measurements by Laser Ablation Sector-field ICP-MS[J].Journal of Analytical Atomic Spectrometry,2014,29(6):1052-1057.
[4] Zhang L,Ren Y Z,Alexander R L,et al.Lead Isotope Analysis of Melt Inclusions by LA-MC-ICP-MS[J].Journal of Analytical Atomic Spectrometry,2014,29(8):1393-1405.
[5] Günther D,Audétat A,Frischknecht R,et al.Quantitative Analysis of Major,Minor and Trace Elements in Fluid Inclusions Using Laser Ablation Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry[J].Journal of Analytical Atomic Spectrometry,1998,13(4):263-270.
[6] Liu Y S,Hu Z C,Zong K Q,et al.Reappraisement and Refinement of Zircon U-Pb Isotope and Trace Element Analyses by LA-ICP-MS[J].Chinese Science Bulletin,2010,55(15):1535-1546.
[7] Jackson S E,Pearson N J,Griffin W L,et al.The Appli-cation of Laser Ablation-Inductively Coupled Plasma-Mass Spectrometry to in situ U-Pb Zircon Geochronology[J].Chemical Geology,2004,211(1-2):47-69.
[8] Yuan H L,Gao S,Liu X M,et al.Accurate U-Pb Age and Trace Element Determinations of Zircon by Laser Ablation-Inductively Coupled Plasma-Mass Spectrometry[J].Geostandards and Geoanalytical Research,2004,28(3):353-370.
[9] Guillong M,Quadt A,Sakata S,et al.LA-ICP-MS Pb-U Dating of Young Zircons from the Kos-Nisyros Volcanic Centre,SE Aegean Arc[J].Journal of Analytical Atomic Spectrometry,2014,29(6):963-970.
[10] Longerich H P,Jackson S E,Günther D.Laser Ablation Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometric Transient Signal Data Acquisition and Analyte Concentration Calculation[J].Journal of Analytical Atomic Spectrometry,1996,11(9):899-904.
[11] Koch J,Günther D.Review of the State-of-the-Art of Laser Ablation Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry[J].Applied Spectroscopy,2011,65(5):155A-162A.
[12] Liu Y S,Hu Z C,Li M,et al.Applications of LA-ICP-MS in the Elemental Analyses of Geological Samples[J].Chinese Science Bulletin,2013,58(32):3863-3878.
[13] Miliszkiewicz N,Walas S,Tobiasz A.Current Appro-aches to Calibration of LA-ICP-MS Analysis[J].Journal of Analytical Atomic Spectrometry,2015,30(2):327-338.
[14] Guillong M,Horn I,Günther D.A Comparison of 266nm,213nm and 193nm Produced from a Single Solid State Nd:YAG Laser for Laser Ablation ICP-MS[J].Journal of Analytical Atomic Spectrometry,2003,18(10):1224-1230.
[15] Jochum K P,Stoll B,Weis U,et al.Non-matrix-matched Calibration for the Multi-element Analysis of Geological and Environmental Samples Using 200nm Femtosecond LA-ICP-MS:A Comparison with Nanosecond Lasers[J].Geostandards and Geoanalytical Research,2014,38(3):265-292.
[16] Guillong M,Hametner K,Reusser E,et al.Preliminary Characterisation of New Glass Reference Materials (GSA-1G,GSC-1G,GSD-1G and GSE-1G) by Laser Ablation-Inductively Coupled Plasma-Mass Spectrometry Using 193nm,213nm and 266nm Wavelengths[J].Geostandards and Geoanalytical Research,2005,29(3):315-331.
[17] Jochum K P,Willbold M,Raczek I,et al.Chemical Characterisation of the USGS Reference Glasses GSA-1G,GSC-1G,GSD-1G,GSE-1G,BCR-2G,BHVO-2G and BIR-1G Using EPMA,ID-TIMS,ID-ICP-MS and LA-ICP-MS[J].Geostandards and Geoanalytical Research,2005,29(3):285-302.
[18] Jochum K P,Stoll B,Herwig K,et al.MPI-DING Reference Glasses for in situ Microanalysis:New Reference Values for Element Concentrations and Isotope Ratios[J].Geochemistry,Geophysics,Geosystems,2006,7(2):1-44.
[19] Jochum K P,Weis U,Stoll B,et al.Determination of Reference Values for NIST SRM610-617 Glasses Following ISO Guidelines[J].Geostandards and Geoanalytical Research,2011,35(4):397-429.
[20] Jochum K P,Wilson S A,Abouchami W,et al.GSD-1G and MPI-DING Reference Glasses for in situ and Bulk Isotopic Determination[J].Geostandards and Geoanalytical Research,2011,35(2):193-226.
[21] Tabersky D,Luechinger N A,Rossier M,et al.Develop-ment and Characterization of Custom-engineered and Compacted Nanoparticles as Calibration Materials for Quantification Using LA-ICP-MS[J].Journal of Analytical Atomic Spectrometry,2014,29(6):955-962.
[22] Garbe-Schönberg D,Müller S.Nano-particulate Pressed Powder Tablets for LA-ICP-MS[J].Journal of Analytical Atomic Spectrometry,2014,29(6):990-1000.
[23] Rocholl A B E,Simon K,Jochun K P,et al.Chemical Characterisation of NIST Silicate Glass Certified Reference Material SRM 610 by ICP-MS,TIMS,LIMS,SSMS,INAA,AAS and PIXE[J].Geostandards Newsletter—The Journal of Geostandards and Geoanalysis,1997,21(1):101-114.
[24] Horn I,Hinton R W,Jackson S,et al.Ultra-trace Ele-ment Analysis of NIST SRM616 and 614 Using Laser Ablation Microprobe-Inductively Coupled Plasma-Mass Spectrometry (LAM-ICP-MS):A Comparison with Secondary Ion Mass Spectrometry (SIMS)[J].Geostandards Newsletter,1997,21(2):191-203.
[25] Duffin A M,Springer K W,Ward J D,et al.Femtosecond Laser Ablation Multicollector ICPMS Analysis of Uranium Isotopes in NIST Glass[J].Journal of Analytical Atomic Spectrometry,2015,30(5):1100-1107.
[26] Gao S,Liu X M,Yuan H L,et al.Determination of Forty-two Major and Trace Elements in USGS and NIST SRM Glasses by Laser Ablation-Inductively Coupled Plasma-Mass Spectrometry[J].Geostandards Newsletter,2002,26(2):181-196.
[27] Strnad L,Mihaljevic M,Sebek O.Laser Ablation and Solution ICP-MS Determination of Rare Earth Elements in USGS BIR-1G,BHVO-2G and BCR-2G Glass Reference Materials[J].Geostandards and Geoanalytical Research,2005,29(3):303-314.
[28] Nielsen S G,Lee C T A.Determination of Thallium in the USGS Glass Reference Materials BIR-1G,BHVO-2G and BCR-2G and Application to Quantitative Tl Concentrations by LA-ICP-MS[J].Geostandards and Geoanalytical Research,2013,37(3):337-343.
[29] Jochum K P,Scholz D,Stoll B,et al.Accurate Trace Element Analysis of Speleothems and Biogenic Calcium Carbonates by LA-ICP-MS[J].Chemical Geology,2012,318:31-44.
[30] Chen L,Liu Y S,Hu Z C,et al.Accurate Determinations of Fifty-four Major and Trace Elements in Carbonate by LA-ICP-MS Using Normalization Strategy of Bulk Components as 100%[J].Chemical Geology,2011,284(3-4):283-295.
[31] Lazartigues A V,Sirois P,Savard D.LA-ICP-MS Analy-sis of Small Samples:Carbonate Reference Materials and Larval Fish Otoliths[J].Geostandards and Geoanalytical Research,2014,38(2):225-240.
[32] Jochum K P,Dingwell D B,Rocholl A,et al.The Prepa-ration and Preliminary Characterisation of Eight Geological MP-DING Reference Glasses for in-situ Microanalysis[J].Geostandards Newsletter,2000,24(1):87-133.
[33] Hu M Y,Fan X T,Stoll B,et al.Preliminary Charac-terisation of New Reference Materials for Microanalysis:Chinese Geological Standard Glasses CGSG-1,CGSG-2,CGSG-4 and CGSG-5[J].Geostandards and Geoanalytical Research,2011,35(2):235-251.
[34] Yang Q C,Jochum K P,Stoll B,et al.BAM-S005 Type A and B:New Silicate Reference Glasses for Microanalysis[J].Geostandards and Geoanalytical Research,2012,36(3):301-313.
[35] Dingwell D,Bagdassarov N,Bussod N,et al.Magma Rheology. Mineralogical Association of Canada Short Course on Experiments at High Pressure and Applications to the Earth’s Mantle[R].Mineralogical Association of Canada (MAC) Short Course Series,1993,21:131-196.
[36] Matschat R,Dette A,Guadagnino E.The Certification of the Mass Fraction of Arsenic(Ⅲ) Oxide,Barium Oxide,Cadmium Oxide,Cerium(Ⅳ) Oxide,Chloride,Cobalt Oxide,Chromium(Ⅲ) Oxide,Copper(Ⅱ) Oxide,Iron(Ⅲ) Oxide,Manganese(Ⅱ) Oxide,Molybdenum(Ⅵ) Oxide,Nickel(Ⅱ) Oxide,Lead(Ⅱ) Oxide,Antimony(Ⅲ) Oxide,Selenium,Tin(Ⅳ) Oxide,Sulfur Trioxide,Strontium Oxide,Titanium(Ⅳ) Oxide,Vanadium(Ⅴ) Oxide,Zinc Oxide,and Zirconium(Ⅳ) Oxide in Soda Lime Glass BAM-S005-A and BAM-S005-B[R].2005.
[37] Czas J,Jochum K P,Stoll B,et al.Investigation of Matrix Effects in 193nm Laser Ablation-Inductively Coupled Plasma-Mass Spectrometry Analysis Using Reference Glasses of Different Transparencies[J].Spectrochimica Acta Part B—Atomic Spectroscopy,2012,78:20-28.
[38] Yuan J H,Zhan U C,Fan C Z,et al.Quantitative Analysis of Sulfide Minerals by Laser Ablation-Inductively Coupled Plasma-Mass Spectrometry Using Glass Reference Materials with Matrix Normalization Plus Sulfur Internal Standardization Calibration[J].Chinese Journal of Analytical Chemistry,2012,40(2):201-207.
[39] Klemme S,Prowatke S,Münker C,et al.Synthesis and Preliminary Characterisation of New Silicate,Phosphate and Titanite Reference Glasses[J].Geostandards and Geoanalytical Research,2008,32(1):39-54.
[40] Audétat A,Garbe-Schönberg D,Kronz A,et al.Charact-erisation of a Natural Quartz Crystal as a Reference Material for Microanalytical Determination of Ti,Al,Li,Fe,Mn,Ga and Ge[J].Geostandards and Geoanalytical Research,2015,39(2):171-184.
[41] Ulrich T,Kamber B S.Natural Obsidian Glass as an External Accuracy Reference Material in Laser Ablation-Inductively Coupled Plasma-Mass Spectrometry[J].Geostandards and Geoanalytical Research,2013,37(2):169-188.
[42] Danyushevsky L,Robinson P,Gilbert S,et al.Routine Quantitative Multi-element Analysis of Sulphide Minerals by Laser Ablation ICP-MS:Standard Development and Consideration of Matrix Effects[J].Geochemistry-Exploration Environment Analysis,2011,11(1):51-60.
[43] Gilbert S,Danyushevsky L,Robinson P,et al.A Compa-rative Study of Five Reference Materials and the Lombard Meteorite for the Determination of the Platinum-group Elements and Gold by LA-ICP-MS[J].Geostandards and Geoanalytical Research,2013,37(1):51-64.
[44] Wiedenbeck M,Alle P,Corfu F,et al.Three Natural Zircon Standards for U-Th-Pb,Lu-Hf,Trace Element and REE Analyses[J].Geostandards Newsletter,1995,19(1):1-23.
[45] Black L P,Kamo S L,Allen C M,et al.TEMORA 1:A New Zircon Standard for Phanerozoic U-Pb Geochronology[J].Chemical Geology,2003,200(1-2):155-170.
[47] Stoll B,Jochum K P,Herwig K,et al.An Automated Iridium-strip Heater for LA-ICP-MS Bulk Analysis of Geological Samples[J].Geostandards and Geoanalytical Research,2008,32(1):5-26.
[48] Zhu L Y,Liu Y S,Hu Z C,et al.Simultaneous Determination of Major and Trace Elements in Fused Volcanic Rock Powders Using a Hermetic Vessel Heater and LA-ICP-MS[J].Geostandards and Geoanalytical Research,2013,37(2):207-229.
[49] Van Heuzen A A,Morsink J B W.Analysis of Solids by Laser Ablation-Inductively Coupled Plasma-Mass Spectrometry (LA-ICP-MS)—Ⅱ.Matching with a Pressed Pellet[J].Spectrochimica Acta Part B:Atomic Spectroscopy,1991,46(14):1819-1828.
[50] Gomes M S,Schenk E R,Santos Jr D,et al.Laser Ablation Inductively Coupled Plasma Optical Emission Spectrometry for Analysis of Pellets of Plant Materials[J].Spectrochimica Acta Part B:Atomic Spectroscopy,2014,94-95:27-33.
[51] Athanassiou E K,Grass R N,Stark W J.Chemical Aerosol Engineering as a Novel Tool for Material Science:From Oxides to Salt and Metal Nanoparticles[J].Aerosol Science and Technology,2010,44(2):161-172.
[52] Wilson S A,Ridley W I,Koenig A E.Development of Sulfide Calibration Standards for the Laser Ablation Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry Technique[J].Journal of Analytical Atomic Spectrometry,2002,17(4):406-409.
[53] Tomlinson E L,Thordarson T,Müller W,et al.Micro-analysis of Tephra by LA-ICP-MS-Strategies,Advantages and Limitations Assessed Using the Thorsmörk Ignimbrite (Southern Iceland) [J].Chemical Geology,2010,279(3-4):73-89.
《岩矿测试》 2016年征订启事
国内统一刊号: CN 11-2131/TD 国际标准刊号: ISSN 0254-5357 国外发行代号:BM4089
国内邮发代号: 2-313 国际刊名代码CODEN: YACEEK 广告许可证: 京西工商广字第0227号
《岩矿测试》于1982年创刊,是中国地质学会岩矿测试技术专业委员会和国家地质实验测试中心共同主办的专业性学术期刊。本刊以国家需求为导向,坚持地质实验技术创新、面向应用、服务基层的方针和基本定位,以发表优秀的地质与地球化学分析研究成果为核心目标,报道国内外地质科学、环境保护、石油化工、冶金及相关领域的基础性、前瞻性和创新性研究成果,推动分析测试技术的进步。本刊主要栏目有:进展与评述、岩石矿物分析、生态环境研究、矿产资源研究等。征稿领域包括:元素分析,岩石矿物分析与鉴定,同位素,勘查地球化学,矿床地质,矿产综合利用与评价,海洋地质(海洋油气与固体矿产地质、海洋环境与灾害地质、古海洋地质),环境地质学,农业地质学等。本刊注重学术参考价值,追求技术方法实用,研究思路和写作内涵能够给读者启迪与借鉴。
《岩矿测试》是中文核心期刊(地质学类),中国科技核心期刊,中国期刊方阵双效期刊。荣获2015年度科学出版社“期刊出版质量优秀奖”,入选《中国学术期刊评价研究报告(2015-2016)》的“RCCSE中国核心学术期刊”。被《化学文摘》、《文摘杂志》、《剑桥科学文摘》、《乌利希期刊指南》、《史蒂芬斯数据库》、《分析文摘》、《中国科学引文数据库》(CSCD)、《中国期刊网》(CNKI)、《中文科技期刊全文数据库》、《万方数据——科技化期刊群》等近20种国内外检索系统收录。
《岩矿测试》为双月刊,大16开,由科学出版社出版;国内定价40.0元/册(含手机报发行费10.0元),全年240.0元。漏订的读者可与编辑部联系。
《岩矿测试》网站: http://www.ykcs.ac.cn 办公电话: 010-68999562 E-mail: ykcs_zazhi@163.com。
通讯地址: 北京市西城区百万庄大街26号,国家地质实验测试中心(邮编100037)。
Research Progress on Reference Materials for in situ Elemental Analysis by Laser Ablation-Inductively Coupled Plasma-Mass Spectrometry
WUShi-tou1,2,3,WANGYa-ping1*,XUChun-xue1
(1.National Research Center for Geoanalysis, Beijing 100037, China; 2.School of Earth Sciences, China University of Geosciences (Wuhan), Wuhan 430074, China; 3.Geoscience Center Göttingen, University of Göttingen, Goldschmidt Straβe.1, 37077, Göttingen, Germany)
Laser Ablation-Inductively Coupled Plasma-Mass Spectrometry (LA-ICP-MS) is currently an important microanalysis technique in the geoscience field. Development of related reference materials is a key for this technique. In this paper, the types, elemental distribution, application limits and manufacture method of reference materials for LA-ICP-MS analysis were reviewed. Currently, there are limited accessible Certified Reference Materials (CRMs). Some of the CRMs have low elemental contents and large uncertainties, which has restricted their application. Meanwhile, manufacture methods are immature and the homogeneity test for microanalysis reference material did not reach an agreement. Based on the homogeneity test method for rock powder reference materials, a two-step homogeneity test method was proposed. PGEs and Au contents in reference materials should be appropriate. Reference materials for Pb-S sulfide matrix, carbonate and phosphate matrix with different chemical compositions are urgently needed. With respect the the manufacture method of reference materials, nano-powder tablet technology and homogeneity tests should be developed further.
Laser Ablation-Inductively Coupled Plasma-Mass Spectrometry (LA-ICP-MS); reference materials; glass melting technique; nano-powder tablet technique; homogeneity test
2015-05-17;
2015-08-28; 接受日期: 2015-09-05
中国地质大调查项目(12120113021500)
吴石头,在读博士研究生,主要研究方向为地球化学。E-mail: wushitou111@hotmail.com。
王亚平,博士,研究员,从事标准物质研制和岩矿测试方面的研究工作。E-mail: wangyaping@cags.ac.cn。
0254-5357(2015)05-0503-09
10.15898/j.cnki.11-2131/td.2015.05.002
O657.63; TQ421.31
A