基于LSDBD-CVG技术的地质样品中元素分析方法研究

发布时间：2020-05-09 02:39

【摘要】：地质样品中的元素分析是获取地球化学信息资料的最重要技术手段之一。然而,样品引入技术仍是目前元素分析过程中相对比较薄弱的环节,直接制约着地质样品中的元素含量分析的准确度和灵敏度。介质阻挡放电蒸气发生(DBD-CVG)是一种新型的绿色进样技术,由于具有灵敏度高、无需额外添加化学氧化还原试剂、响应速度快、装置结构简单等优点而备受关注。但是现有DBD-CVG方法仍存在可实现蒸气发生的元素范围有限,部分元素灵敏度低,此外仍无法有效避免过渡金属离子的干扰等问题。本文旨在通过发展新的DBD-CVG方法提高其分析灵敏度、拓展其应用范围和增强其抗干扰能力,更好的实现复杂地质样品中的元素,主要研究内容如下:1.提出了一种新颖、高灵敏度的液体喷雾介质阻挡放电等离子体化学蒸气发生(LSDBD-CVG)技术,并将其作为电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)的进样接口,实现了对环境及地质样品中铅含量的准确测定。在该LSDBD装置中,样品溶液在被转化为气溶胶的同时与气动雾化器喷嘴处产生的DBD等离子体混合,由于这种设计增强了分析物与等离子体的相互作用,因而也极大的提高了铅蒸气发生的效率。实验中考察了放电电压、样品基质、进样速度等实验参数对Pb蒸气发生的影响,并对其他金属离子的干扰效应进行了评价。在优化条件下,铅的检出限为0.003μg L~(-1)。该方法具有良好的重现性,5次重复测量0.03μg L~(-1)和1μg L~(-1)铅标准的相对标准偏差分别为2.1%和1.7%。利用本方法成功分析了河流沉积物、土壤、玄武岩以及模拟水样中铅的含量,证明了该方法的准确性。本方法扩展了DBD等离子体蒸气发生的元素范围,提供了一种高效、绿色的铅蒸气发生方法,可有效实现复杂地质样品中铅的灵敏分析。2.利用发展的LSDBD-CVG技术,发展了基于LSDBD-CVG进样原子荧光光谱分析(AFS)的大米以及地质样品中痕量镉的简便、经济、高灵敏检测方法。我们进一步证实,LSDBD等离子体过程在无需使用任何其他还原试剂的条件下即可以实现Cd的高效蒸气发生。实验中探讨了有机质、放电参数(放电电压、放电间隙等)以及共存离子等因素对Cd蒸气发生效率的影响。在最优条件下,方法检测限为0.01μg L~(-1),精密度为0.8%(RSD,n=5,1μg L~(-1) Cd)。该方法在0.1到10μg L~(-1)之间呈现良好的线性(相关系数R~2=0.9995)。与传统的酸-BH_4~-蒸气发生体系相比,该方法不仅避免了不稳定且昂贵的还原试剂的使用,而且显著提高了共存离子的耐受能力,非常适合于环境及地质样品中的镉的灵敏、准确分析。通过对GBW080684标准物质中镉的分析,验证了该方法的准确性。并成功的将该方法应用于不同产地大米样品中微量镉的测定,测得的镉浓度范围为7.2~517.7μg kg~(-1)。3.通过改善LSDBD反应池,开发了一种更高效的LSDBD等离子体诱导蒸气发生装置,成功实现了微量样品(20μL)中的Se、Ag、Sb、Pb和Bi等元素的同时测定。实验结果表明,在相同条件下,LSDBD等离子体诱导的化学过程能同时将溶液中的Se、Ag、Sb、Pb和Bi高效的转化为挥发性蒸气。值得注意的是,这也是首次使用等离子体诱导化学实现Ag和Bi的蒸气发生的报道。该方法样品消耗量少,可以实现仅为20μL样品的灵敏分析;而且具有高的样品分析通量,每小时可以分析180个样品。该方法测定Se、Ag、Sb、Pb和Bi时的检测限分别为10 ng L~(-1)(200 fg)、2 ng L~(-1)(40 fg)、5 ng L~(-1)(100 fg)、4 ng L~(-1)(80 fg)和3 ng L~(-1)(60 fg),比其他方法具有更低的绝对检出限。本方法测定的Se、Ag、Sb、Pb和Bi的相对标准偏差均低于4%。最后,将该绿色分析方法成功应用于单个牙形石和数千个古菌样品中的超痕量Se、Ag、Sb、Pb和Bi的含量分析。
【图文】：

基于硼氢化物-酸体系的蒸气发生元素范围（绿色部分）

基于LSDBD-CVG技术的地质样品中元素分析方法研究

平板电解池结构EcHG系统示意图
【学位授予单位】：中国地质大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：P623

【参考文献】