激光剥蚀等离子体质谱法测定磁铁矿微量元素组成

李颖 张纹俊

摘要：针对不同的地质条件、环境以及工业等方面的问题，通过探究磁铁矿物的元素以及同位素的组成可以更有利于对成矿时期的物理及化学条件进行研究，从而找出新矿场。通过样品制备、选择测定条件及测定谱线、确定内外标及激光束大小，提出一种基于激光剥蚀等离子体质谱法的磁铁矿微量元素组成测定方法。通过对比实验进一步验证了该方法的测定速度更快，准确性更高，更适用于实际的应用当中，为矿物数据的测定提供帮助。

关键词：激光剥蚀等离子体质谱法;磁铁矿;微量元素

磁铁矿是一种常见的副矿物之一，在热液矿床中大部分都含有磁铁矿物组成元素，矿物构造主分布于岩浆岩、沉积岩及变质岩当中。传统方法对磁铁矿中的微量元素进行测定时，通常会受到流体成分、湿度、温度等各项条件因素的限制，导致测定的结果不准确，影响后续的研究进行[1]。而激光剥蚀等离子体质谱法是近几年才出现的微束技术，与传统方法相比，具有更高的分辨率，且检测时受到的限制条件较少，因此能够快速的检测出微量元素的组成及其它特征。对此，本文基于激光剥蚀等离子体质谱法设计一种测定磁铁矿微量元素组成的方法，有效提高测定时间，从而满足绿色矿山开采对磁铁矿微量元素的测定要求。

一、激光剥蚀等离子体质谱法测定磁铁矿微量元素组成方法设计

（一）样品制备

在制备样品前，首先应对激光剥蚀等离子体质谱法测定磁铁矿微量元素组成方法的测定环境进行选择。由于利用激光剥蚀等离子体质谱法测定时激光光束的能量密度以及激光的频率都会对测定结果造成一定的影响，因此针对不同的被测矿物测定应适当的作出调整[2]。本文测定矿物为磁铁矿因此，激光的光束能量密度应保持在5-8J/cm2。

通常情况下，磁铁矿的矿化成分主要以铁元素的氧化物、硫元素的氧化物有着十分密切的关系，因此，通过对铁氧化物以及硫氧化物当中的微量元素组成的改变进行研究，有助于对被测定磁铁矿的矿床形成及成因进行更加细致的研究[3]。在制备样品时主要可分为两种方法，一种是树脂饼抛光法，另一种是对“厚”薄片的双面抛光法。第一种方法主要是在磁铁矿中挑选单矿物，并将挑选的单矿物固定在直径为3.0cm的树脂饼上，并对其抛光进行分析。第二种方法主要是针对很难挑选单矿物的磁铁矿，可直接将被测定物体切至成较厚的薄片，并对薄片进行双面的抛光，保证其厚度大致在120μm到150μm之间。在实际选择薄片厚度时，需要根据磁铁矿的实际特征确定，对于容易产生脱落或腐蚀的磁铁矿样品可适当增加其厚度，但保证至少25s的采样时间。

（二）选择测定条件及测定谱线

在对微量元素进行测定时，分析元素的选择主要取决于以下几点：首先是针对测定仪器自身的分析精度以及检测限。激光剥蚀等离子体质谱法的分析精度和检测限受到多种因素的影响，例如测定过程中的剥蚀量及剥蚀速度等。而剥蚀量又会受到多种因素的限制，例如剥蚀次数、轻度、频率等。而剥蚀的次数又会受到样品的薄片厚度等因素的影响。因此，当测定的时间保持不变时，过多的测定微量元素会造成在每个微量元素上的测定时间过短，产生的信号强度减弱，从而导致微量元素的数目与检测限之间成反比例关系，因此，本文在选择测定微量元素时，每次只选取一种或两种进行测定，同时增加测定的次数，从而保证测定结果的准确性。

其次不同的地质环境对于磁铁矿微量元素组成的测定结果也具有一定的影响。由于不同的微量元素在不同的地质环境当中的含量是不同的，因此目前并没有统一的标准，在测定过程中需要根据磁铁矿的地质背景进行分析和选择[4]。尤其是对于一些矿物共生的组合而言，需要利用电子探针等方式首先对其进行粗略的测定确定微量元素的种类，从而再进行激光剥蚀等离子体质谱法测定微量元素的组成。

在实际测定过程中，主要的影响因素并不是由于共存元素造成的，而是由于共存元素之间反应产生了谱线所造成的光谱干扰问题。光谱的干扰程度与微量元素的含量没有直接的影响关系，而与谱线的选择有着直接的影响关系。因此，在选择适当的测定谱线可以增加测定方法结果的准确性。首先針对谱线库中的几条不同微量元素的灵敏线以及次灵敏线进行选择，再对曲线当中的各个微量元素分析谱线进行扫描，最后将磁铁矿中所有的微量元素的谱图进行重叠、比对，并记录下所有谱线的信号以及背景的强弱程度，从中选择干扰较小，信背比更高的谱线作为测定谱线。

（三）确定内外标及激光束大小

合理的选择内外标可以有效的降低激光剥蚀等离子体质谱法测定磁铁矿微量元素组成方法测定过程中相对标准偏差，从而进一步提高测定结果的精准度。内标主要是用于对标准样品以及被测定的样品的剥蚀效率的校正，外标主要用于对测定的仪器、设备等进行标定，从而测定出样品中的微量元素定量。利用匹配完全的外标计算微量元素中的含量，利用己知的内标校正测定仪器[5]。设备的灵敏度。基本效应等。测定样品中某种微量元素的含量计算公式为：

在确定内外标后，还需要对激光束的大小进行确定，原因在于激光束的大小会直接影响到最终待测定微量元素的剥蚀量，从而影响到测定结果的精度，通常情况下，随着激光束的增大，激光对于待测定的样品的剥蚀量会成倍增加。因此，确定激光束的大小取决于待测定样品的物理及化学性质、样品中红的微量元素含量、样品中是否含有杂质等。针对一般的测定标准，本文选用激光束的大小应在35μm到65 μm之间;对于个别的小颗粒磁铁矿选用最小为15 μm的激光束。

二、实验论证分析

利用本文设计的激光剥蚀等离子体质谱法测定磁铁矿微量元素组成方法对磁铁矿中的微量元素进行测定，从上述理论角度分析证明可以有效的提高测定结果的精准度。为了进一步验证本文方法的测定时间与传统测定方法相比更短，利用本文方法与传统方法对同一磁铁矿中的微量元素组成进行测定，完成对比实验。

（一）实验准备

实验过程中主要用到的试剂包括优级纯高氯酸、盐酸、硝酸等。实验需要的激光剥蚀等离子体质谱仪器相应参数如表l所示。

从微量元素组成己知的磁铁矿中提取两份各项参数均相同的样本，为了保证实验结果的客观性，利用本文制备方法对两份样本进行制备。分别利用本文方法和传统方法对该样本进行测定，完成对比实验。

（二）实验结果及分析

将实验过程中产生的微量元素含量、组成成分、测定时间等结果参数进行记录，并将时间与微量元素组成数量之间的关系绘制成如图l所示的曲线图。

从图l的实验结果探知，利用两种方法对同一磁铁矿的六种微量元素组成进行测定，其测定时间明显较传统方法的用时短。从而验证，笔者选取探究的激光剥蚀等离子体质谱法测定磁铁矿微量元素组成方法测定速度更快、精准度更高、抗干扰能力更强，更适用于实际的磁铁矿微量元素测量。

三、结语

各种类型的矿物当中微量元素的组成以及分布信息，都为成矿的作用过程研究提供了可靠的依据。而磁铁矿作为一种常见的副矿物，对其微量元素进行研究更有利于研究人员对矿床成因的探讨。本文利用激光剥蚀等离子体质谱法提出一种对磁铁矿的微量元素进行测定的方法，并通过对比实验证明了该方法的可行性。通过选择必要的分析元素、适当的内外标以及恰当的激光束，利用激光剥蚀等离子体质谱法可以对更多类型的矿物的微量元素进行测定，从而获取到不同矿物中的理想数据。

参考文献：

[1]杨丽霞，陈健，宋权威，李冬玲，贾书君，李小佳.基于激光剥蚀一电感耦合等离子体质谱的管线钢裂缝区域分布分析方法研究[J]冶金分析，2017，37 （04）：001-009

[2]汪伟，李志明，徐江，周国庆，粟永阳，吴艳敏，韦冠一，方随，王文亮激光剥蚀-多接收电感耦合等离子体质谱法测定含钚颗粒物中-（240）Pu/-（239）Pu比值[J]分析化学，2017，45 （11）：1719-1726

[3]韩美，张熹，胡净宇.激光烧蚀电感耦合等离子体质谱原位分布分析应用于高强钢焊缝中化学成分与材料性能的相关性探讨[J].冶金分析，2018，38 （03）：001-007.