磁式电感耦合等离子体质谱仪及其在核地质分析中的典型应用

磁式电感耦合等离子体质谱（ICP-SFMS）主要包括高分辨等离子体质谱（HR-ICP-MS）、多接收等离子体质谱（MC-ICP-MS）和全谱等离子体质谱（Spectro-ICP-MS）。HR-ICP-MS一般采用反向Nier-Johnson结构磁 电双聚焦布置,MC-ICP-MS采用正向Nier-Johnson结构电-磁双聚焦布置,而采用检测器阵列的全谱磁式ICP-MS则采用Mattauch Herzog结构布置。磁式电感耦合等离子体质谱仪性能改进主要体现在：调频ICP设计提高了对基体的耐受性及可靠性;采用J型采样锥和X型截取锥提高了灵敏度;大抽速接口泵可提高接口区真空度和仪器的灵敏度;改进的离子传输透镜系统可提高对锕系同位素的丰度灵敏度;改变接收器前的狭缝宽度可获得高分辨同位素比值;多个Daly检测器的使用可提高对低丰度同位素的检测能力;通过软件自动切换法拉第杯放大器高阻,能提高低丰度同位素测量的信号输出。磁式ICP-MS性能的改善,使其在核地质分析中的应用更广泛。使用激光烧蚀高分辨等离子体质谱（LA-HR-ICP-MS）可进行铀矿物微区原位U-Pb定年,使用MC-ICP-MS可高精密度地测定U同位素分馏,采用无熔剂制样LA-HR-ICP-MS可测定U、Th、Nb、Ta、Zr、Hf等难溶元素。     

表面热电离同位素稀释质谱法的计算及质量分馏效应校正

表面热电离同位素稀释质谱法(ID-TIMS)是国际公认的基准方法之一。本文以稀释分析锶同位素为例,详细介绍了其计算和推导过程,提出基于指数近似模式的稀释分析同位素分馏校正的方法。该方法适用于校正含有两对参考比值的元素静态多接收稀释分析同位素比值的质量分馏,与指数校正方法和对数校正方法相比,计算过程更简单。还讨论了稀释剂同位素比值准确度对稀释分析同位素比值的影响及其质量分馏的校正方法,通过数学迭代计算质量分馏系数,得到稀释剂测量的质量分馏系数和准确的同位素比值。采用建立的质量分馏校正方法稀释分析NBS987,结果表明,在误差范围内与其参考值（⁸⁷Sr/⁸⁶Sr=0.710237±8（1σ））一致。     

锂循环产业链中锂分析方法进展

锂资源勘查采冶、锂化合物生产、锂终端产品生产、锂回收和废物处理处置构成了锂循环产业链。该产业链中,锂资源勘查目前可开发利用的锂矿床主要有盐湖卤水型、伟晶岩型、黏土型、锂沸石型、其他卤水型（包括油气田卤水亚类和地热卤水亚类）和离子吸附型6种类型。锂化合物生产主要包括氯化锂、氢氧化锂和碳酸锂等产品,锂终端产品生产主要包括锂电池、玻璃或陶瓷、医药、锂同位素等制品。锂回收主要是从动力锂电池中回收锂元素,其他暂时不可用或成本过高的物料按照废物进行处理处置。就锂循环产业链中锂分析涉及的17种主要分析方法进行汇总及进展评述,根据其原理分为湿法化学分析、分子及原子光谱分析、质谱分析及原位分析四类。湿法化学分析包括重量法、气体体积法、滴定法、电离子选择性电极法、离子色谱法,常用于合金、纯物质、卤水、地热水、医药相关等液体样品常量至痕量锂的含量检测。分子及原子光谱分析包括分光光度法、荧光分光光度法、原子吸收分光光度法、辉光放电质谱法、激光击穿诱导光谱法、电感耦合等离子体发射光谱法,可用于锂资源样品、矿冶提取过程产物等常量至痕量锂的测定,其中荧光分光光度法除了用于传统的能源领域,在医疗生物领域同样应用广泛;...     

稀土Gd3+与超高分子质量PA6的络合作用

以三氯化钆(GdCl3)为络合剂,以甲酸和盐酸作为混合溶剂,配制不同络合比的PA6/GdCl3溶液,涂膜制得试样;采用扫描电子显微镜、红外光谱分析、X射线衍射、差式扫描量热仪和紫外-可见光分析等方法对试样的结构进行研究,并探讨稀土离子在整个PA6体系中所起的作用及络合比对整个体系性能的影响.结果表明:稀土离子与PA6在混合溶剂的溶解下发生了作用,稀土离子破坏了PA6分子间的氢键;络合比对络合能力有很明显的影响.     

多接收热电离质谱仪法拉第杯检测器稳定性评价和检测效率的计算

测量过程中多接收热电离质谱仪的法拉第杯检测器长期暴露于离子束下,其性能会逐渐退化。为评价法拉第杯检测器的性能,在不考虑检测效率差异的前提下,采用6组不同法拉第杯组合测定了锶同位素标准物质NIST SRM987的87Sr/86Sr比值,以及一定周期内常用法拉第杯组合测定的钕143Nd/144Nd同位素比值。结果表明,不同法拉第杯组合测定结果存在显著差异,但常用法拉第杯组合在一定的周期内,结果重现性良好,说明检测器的检测效率虽发生变化,但性能基本稳定。针对6组不同法拉第杯组合测定的锶同位素标准物质的87Sr/86Sr比值,采用质量分馏指数校正模式,用规划求解函数计算了各个法拉第杯的检测效率,实现了法拉第杯检测器检测效率的修正,提高同位素比值测定的准确性。     

~(84)Sr稀释剂中锶同位素组成的准确测定

在化学分析技术中,同位素稀释法是公认的具有绝对测量性质的方法 ,其测量结果准确,不确定度小。在锶同位素组成测定中,同位素稀释法可同时得到样品中锶元素含量和同位素比值,但稀释剂的加入,使稀释剂和混合样品中锶同位素的质量分馏校正成为难点。采用数学迭代法,建立了~(84)Sr稀释剂同位素测量过程中的质量分馏因子的计算方法 ,利用指数近似模式校正方法建立了稀释分析中锶混合样品中锶同位素的质量分馏因子和样品中锶同位素比值的计算方法,提高了同位素稀释法分析样品锶同位素比值准确性。     

地下水样品中硼同位素组成的测定

对地下水样品进行硼分离及其同位素组成及TIMS测试。针对地下水硼含量低、有机质含量高的特点,将样品采用C18固相萃取柱去除有机质,建立阴离子交换树脂法分离硼,并与混合离子交换树脂法分离结果进行对比。结果表明:两种分离流程回收率均在95%以上。样品经前处理后能满足同位素热电离质谱的测试要求,几乎不产生明显的同位素分馏,阴离子交换树脂法测量精度小于0.06%,且能够在分离的同时实现富集,更适用于地下水样品。     

热电离质谱法测定铀同位素过程中铼灯丝氧化对目标铀离子形成的影响

采用热电离质谱法(thermal ionization mass spectrometry, TIMS)测定铀同位素过程中,质量分馏效应会引起同位素比值测量值偏离真值,一般采用外标校正法对质量分馏效应进行校正,这要求测量过程中标准物质和样品产生一致的质量分馏行为。因此,除考虑点样的一致性外,测量过程中产生单一的目标离子也非常重要。本研究采用热电离质谱技术考察了铼灯丝氧化对铀同位素测定的影响。将1 μg铀以硝酸盐溶液的形式点于铼样品带上,通过监测铀及其氧化物的离子流强度,发现铀主要存在U⁺和UOx⁺(x=1或2)的电离形态,并且灯丝表面氧化程度越高,UOx⁺的产率越高（UOx⁺/U⁺可达到1）。实验结果表明,灯丝去气过程过早使灯丝暴露于大气或点样过程中,以及使用较高的样品蒸干电流都会加剧灯丝的氧化。控制灯丝表面氧化或点样过程中加入石墨,可有效降低UOx⁺的产率,提高目标离子的电离效率。全蒸发测量结果表明,UOx⁺离子流强度大小对测量结果无明显影响,但通过降低UOx⁺的离子流强度,可提高测量结果的重现性,进而提高测量过程中分馏行为的一致性。该研究可为提高铀同位素测定过程中样品的利用率提供理论依据。     

基于LA-ICP-MS表面原位分析技术测定热电离质谱仪灯丝支架上铀的沉积分布

热电离质谱法(Thermal ionization mass spectrometry,简称TIMS)是一种测量同位素丰度比的经典分析方法,在地质学和核工业领域得到广泛应用。热电离质谱法测铀同位素丰度比时一般采用三带结构,由于铀的第一电离能较高,需要较高的电离温度,长时间测试蒸发出铀化合物或电离出的铀离子在灯丝支架上沉积,影响灯丝支架上悬浮高压与源电压间的绝缘电阻,降低两者之间的电压差,导致绝大部分离子因动能不足无法进入离子透镜,最终影响离子流的稳定性,引起测试时信号产生波动。针对热电离质谱仪灯丝支架铀沉积导致的灯丝支架绝缘失效问题,采用激光剥蚀电感耦合等离子体质谱法(Laser ablation inductively coupled plasma mass spectrometry,简称LA-ICP-MS)对灯丝支架铀沉积分布进行了分析,取得以下结果：建立了LA-ICP-MS原位表面分析技术,其最佳激光频率为10 Hz,能量密度为6 J·cm^-2,束斑直径为60μm。校准曲线相关系数R2=0.999 2,表明建立的方法线性关系良好。应用建立的方法,测定了灯丝支...     

全岩样品碳酸盐矿物选择性溶解方法改进及其锶同位素比值测定

研究岩石和矿物中87Sr/86Sr值具有重要的意义。采用0.2 mol·L-1盐酸溶液及5%醋酸溶液对两个全岩样品中碳酸盐矿物进行分步溶解实验,用电感耦合等离子质谱仪(ICP-MS)分析溶解过程中各元素含量及热电离质谱仪(TIMS)测定87Sr/86Sr值。结果显示采用0.2 mol·L-1盐酸溶液溶解,随着盐酸用量增加,方解石、白云石、绿泥石及其他矿物成分相继溶出,与X射线衍射(XRD)矿物成分分析一致,可通过控制盐酸的浓度和加入量选择性溶解全岩样品中碳酸盐组份,但进一步区分碳酸盐中不同矿物的溶解顺序则需采用酸性较盐酸溶液更弱的5%醋酸溶液。对溶解过程中的87Sr/86Sr值进行测定,结果显示其变化趋势与不同矿物组份溶出顺序一致。实际应用过程中可通过控制溶解条件实现全岩样品中目标碳酸盐矿物的选择性溶解,使锶同位素比值测定结果更加准确。