能量色散X射线荧光光谱法应用于矿石及水体现场分析

能量色散-X射线荧光光谱法(EDXRF)在矿产勘查、矿山环境监测及找矿现场分析中具有重要地位。包括硫化物矿石在内的高矿化度地质样品,由于缺乏基体匹配的标准样品,存在分析校准问题,基体校正难度也很大,分析数据的准确度会受到严重影响,制约了EDXRF在该类样品分析中的应用；分散在水体中的、对生态环境和人类健康危害较大的重金属元素,由于其元素浓度一般低于EDXRF仪器检出限而无法检出。为了满足矿产勘查现场对高矿化度及矿石样品准确、可靠分析的需要,以及水体中重金属浓度现场监测分析的需求,急需开发与分析对象相配套的EDXRF制样、分析方法。本文针对富含硫化物矿物的高矿化度样品及矿石样品,采用了酸消解的溶液制样方法；针对水样中较低浓度重金属采用了离子交换纸动态富集制样方法,结合EDXRF技术,建立了硫化物矿石和多金属矿石中铜、铅、锌元素分析方法各一套；研制了适合水样中铜、铅、锌、镍等元素富集制样的离子交换纸及动态富集装置,开展了交换富集试验。具体实验方案与实验结论如下：(1)硝酸+氢氟酸封闭消解试样,络合缓冲溶液定容、进样,标准溶液校准-偏振能量色散-X射线荧光光谱(PE-EDXRF)同时测定硫化物矿石样品中铜、铅、锌三种元素。确定了消解与测量方法,用GBW07162～GBW07168七种矿石国家一级标准物质对该方法进行了验证。结果表明,当样品中Cu、Zn、Pb元素含量大于1%时,几乎所有样品中的铜、铅、锌元素的精密度值(RSD, n=6)优于5%,检测结果与标准值一致性良好。该方法是对EDXRF测量进样方式的一种探索,是对实验室矿石分析技术的扩充,也为现场矿石分析奠定了基础。(2)在祁曼塔格多金属矿区现场试验了“水浴加热+王水在比色管中消解样品”及“电热板加热+盐酸、硝酸顺序消解+硝酸提取”两种样品处理方式,使用专门研制的具有双层薄膜结构的液体样品盒,标准溶液进行校准,PE-EDXRF同时测定了铜、铅、锌三种元素。对这两种酸消解方法制备的样品进行分析时,均采用二级靶Mo Kα谱线的康普顿散射峰作为内标校正基体效应。采用现场电热板加热方式,分析二件矿区样品的方法精密度(RSD,n=10)均优于2%,分析四件管理样获得的分析相对误差均优于5%(当含量>0.5%时),十三件矿区未知样品PE-EDXRF与原子吸收分光光度法(AAS)平均相对偏差分别为2.87%、2.82%、6.84%。在高海拔地区(海拔大于4000米)使用“水浴加热+王水在比色管中消解样品”法存在分析结果系统偏低问题,但实验数据用地质管理样进行修正后,可以得到满意的结果。试验证明,采用研制的双层膜液体样品盒,可以直接测定强酸性液体样品,不会产生泄漏、挥发等造成的仪器损坏。用两种现场样品酸消解技术所建立的PE-EDXRF分析方法,克服了基体匹配标样缺乏的问题,解决了高矿化度样品及矿石样品的现场较高精度分析问题,是对粉末制样法PE-EDXRF现场分析技术的一个补充和改善,丰富了车载EDXRF技术的现场分析能力。(3)研制了具有富集水体样品中铜、铅、锌、镍等重金属元素能力的离子交换特种纸片,经交换富集后的纸片可直接用于EDXRF测量。研制了具有动态交换富集功能的交换富集装置。对混合标准溶液和单元素标准溶液进行的富集实验表明,铜、锌、镍的检出限达到几个ng/mL,铅的检出限达到约20ng/mL,为EDXRF应用于现场水体重金属监测奠定了基础。本研究形成的成果包括已被《岩矿测试》(核心期刊)接受的研究论文2篇,已被国家知识产权局批准(公示中)的实用新型ZL3项。通过本研究,使车载EDXRF技术对勘查找矿和环境监测工作现场分析支撑能力获得提升。