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。     

铀矿地质样品中天然放射性核素比对分析结果的利用

以实验室日常分析副样为原料,经过配料、研磨、均匀性检查和多家实验室间比对验证,获得了8个铀矿地质样品（ALBRIUG-1～ALBRIUG-8）中总α、总β、238U、232Th、226Ra、210Po和40K比活度值。采用最小称样量（50 mg）的ICP-MS检查均匀性时,2个铀矿地质样品（ALBRIUG-1和ALBRIUG-8）的均匀性较好,符合标准物质要求,可作为实验室天然放射性核素分析质量控制样品使用;其余6个样品（ ALBRIUG-2～ALBRIUG-7）均匀性未达到标准物质要求,但样品放射性核素基本处于平衡状态,其铀镭平衡系数在0.988～1.079之间,可用于取样量较大（大于150g）的物理分析质量控制参考。     

热电离飞行时间质谱仪性能评价

本工作介绍了实验室自制的热电离飞行时间质谱仪（TI-TOF-MS）的基本结构、仪器运行参数和性能特点等。离子源产生的离子在推斥电压作用下进入聚焦透镜,然后进入垂直引入反射式的飞行时间质量分析器,最后到达检测器。信号通过数据采集卡处理后传输给计算机,采用编写的LabVIEW软件采集信号和处理数据。结果表明：仪器可测量的质量范围为m/z 6~320,在m/z 208位置的质量分辨率可达2000,2 h质量稳定性为7.76×10^-5,测量²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb、²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb和²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb同位素比值的精密度分别为0.85%、0.27%和0.55%。该仪器在研究热电离离子源电离行为、同位素比值测定和多原子离子信号监测等方面具有广泛的应用前景。     

过氧化钠熔融-电感耦合等离子体发射光谱法测定岩石矿物中高含量锆

针对岩石矿物中高含量锆难溶的特点,采用过氧化钠熔融、热水提取、离心分离、盐酸溶解、酒石酸保护等方法对样品进行前处理,选择Zr 343.823 nm为分析谱线,采用基体匹配法校正基体的干扰,使用电感耦合等离子体发射光谱法(ICP-OES)测定岩石矿物中的锆含量。得到的方法性能如下:检出限为22.8μg·g~(-1);精密度(Zr 3.46%,n=10)为2.1%;正确度为0.3%～5.6%;测定范围为0.003%～48%。该方法满足岩石矿物中锆含量分析质量控制要求。     

国产电感耦合等离子体质谱仪测定地球化学样品中稀土和铀钍元素的含量

用国产电感耦合等离子体质谱仪（IC P -M S ）建立了测量地球化学样品中稀土和铀钍元素含量（L a、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、U、Th）的方法。样品在高温密闭环境下用氢氟酸-硝酸-高氯酸三酸混合消解。溶液通过在线三通进入雾化器,选择元素Re作为内标测量样品中各元素的含量,选择质谱干扰较少的元素谱线进行测量。采用多点标准获得的标准曲线的线性相关系数大于0.999,通过测量空白溶液得出大部分元素的仪器的检出限在0.001～0.01ng · mL -1左右。实验测量得到仪器的氧化物产率为2.8％,双电荷产率为2.1％,短期稳定性（20min）优于3％,长期稳定性（2h）优于5％。实验测试了多种国家标准物质,测量值与参考值吻合。     

地电化学提取铀的吸附材料制备方法

近地表土壤覆盖层中本身活动态U元素含量甚微,而地电化学方法是通过人工电场作用将近地表土壤中的铀离子吸附到提取材料之上,所提取铀含量相对更少,因此需要一种低本底、高效的吸附材料作为离子态铀的吸附材料。选取聚氨酯泡塑作为铀矿地电化学提取吸附材料,进而通过对聚氨酯泡塑的去本底和不同负载剂TRPO、P_(204)、N_(235)吸附铀效率试验,得出体积分数为20%的硝酸能够有效降低聚氨酯泡塑中的U、Th元素本底含量,负载有TRPO的聚氨酯泡塑对室内U元素标准溶液中U元素的提取率达到98.4%,在同等条件下TRPO负载剂的吸附容量更大、吸附效率更高,可作为地电化学提取U元素的理想负载剂。     

激光烧蚀光谱-电感耦合等离子体质谱联用技术

激光烧蚀光谱（LAS）技术具有空间分辨率高,样品用量少,制样简单,分析速度快,可远程、实时、在线分析多相物质（气态、液态、固态）的特点,是近年来发展迅速的一种分析技术,具有广阔的应用前景,但它对痕量元素的分析能力不足。电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)技术具有灵敏度高和多元素及同位素同时检测的能力,在微痕量元素精密分析方面具有很大的优势,但对基体元素分析存在困难。将LAS和ICP-MS技术相结合,形成LAS和LA-ICP-MS联用技术（LAS-ICP-MS）,可充分利用两种技术的优势,形成互补技术,为地质分析提供一种便捷、可靠的分析手段：利用LAS技术,可预先监测样品的大致含量与信号的稳定性等参数,筛选适用于LA-ICP-MS分析的样品,避免因元素含量过高引起的LA-ICP-MS采样锥锥口易堵塞,基体效应过大,以及因样品均匀性差或激光参数未优化等因素影响分析的准确性和精密度等问题;利用LA-ICP-MS技术,可对激光进样条件和原子化、离子化条件分开进行优化,从而改善仪器的分析性能。将LAS-ICP-MS用于岩石矿物分析,表现出其良好的应用前景     

电感耦合等离子体质谱分析方法的重要进展（2005~2016年）

2005~2016这十几年中,电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）仪器的性能得到了大幅改善,其灵敏度最高可达10⁶ cps/(1 μg/L, In),稳定性为1%～2%。多接收ICP-MS精密度的提高尤其显著,同位素测量精密度优于0.01%。各类ICP-MS普遍采用高速数据采集技术与数据库技术,使数据处理能力进一步加强。以三重四极杆和高分辨为代表的ICP-MS对基体干扰和多原子离子干扰消除能力进一步加强,绿色节能环保型和智能型ICP-MS也得到了关注。一些电离能较高的贵金属、类金属和非金属元素分析技术得到重视。以激光烧蚀（LA）、高效液相色谱（HPLC）、气相色谱（GC）、离子色谱（IC）、毛细管电泳（CE）、电热蒸发（ETV）和化学气体发生（CVG）为代表的联用技术及形态分析发展快速。单颗粒（SP）和单细胞（SC）等技术与ICP-MS的联用产生了以功能定义的专用ICP-MS,大大扩展了ICP-MS的应用领域。ICP-MS分析技术从传统的无机元素分析发展到有机生物及形态分析,从传统的样品消解后溶液进样分析发展到固体样品在线进样分析,从传统的元素含量分析发展到2D-3D成像分析和高精度同位素分析。ICP-MS在能源、地质、材料、环保、生物医学、食品、国土安全等诸多领域的应用进一步扩展,成熟的ICP-MS分析方法实现了标准化并得到推广和普及。本工作从6个方面总结回顾了2005~2016年间ICP-MS的重要进展,并对其发展前景进行了展望。     

电感耦合等离子体质谱技术在核地质分析中的应用实践

电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）技术已有40年发展历史,到目前为止,该方法仍然是无机元素分析领域最具影响力的高灵敏度分析技术。在核地质研究领域,ICP-MS已经成为铀矿地质勘查和高放废物地质处置的核心分析技术,每年为核地质科研生产提供大量的分析测试数据。应用ICP-MS分析的对象涉及水、土壤、沉积物、岩石、矿物、气体和天然类似物等,分析的元素达到70多种。本文总结了本实验室在核地质研究中应用ICP-MS的实践。