车载X射线荧光光谱法与便携式液体阴极辉光放电光谱法

钾盐作为农用钾肥的生产原料,是我国紧缺的大宗战略矿产之一,急需勘探钾盐矿的巨大突破。我国国内的钾盐矿床主要分布在西部偏远地区以及南部山川地区,这些地域人烟稀少,路途遥远,从样品采集到得到分析数据需要耗费大量的时间,而且也要消耗巨大的人力、物力和财力。同时,这些地区大多为高原区,野外工作周期短,一些需要现场决策的问题无法得到及时的数据支持,极大地影响了勘查找矿工作的效率和效果。因此,迫切需要研究、开发现场快速分析技术手段。通常采用的分析钾盐方法主要有电感耦合等离子体质谱法及发射光谱法、原子吸收光谱法、火焰光度法等大型仪器,需要载气、燃气和助燃气等条件；传统分析方法中的重量法、容量法、电化学方法等,因操作繁琐,测定周期长,均达不到现场快速分析的目的。能量色散X射线荧光光谱仪具有结构紧凑、体积小、对分析环境要求低、多元素同时分析、灵敏度高、速度快、可直接测定固体与液体样品等优势,已在资源勘查现场分析中得到广泛应用。大气压液体辉光放电光谱法是正在发展的新的测试技术,对于Li等碱金属具有很高的灵敏度,可以弥补能量色散X射线荧光光谱技术无法分析Li元素的缺陷；且采用CCD光谱仪组件,可实现仪器的便携化。本文以这两项技术为依托,开展了钾盐钻井液中K、Br、Rb、Sr等元素的现场分析方法开发与应用,研究了锂辉石样品中Li的快速分析方法。1)针对钾盐钻探过程中,钻井液中K、Br、Rb、Sr等指示元素的快速分析需求,应用Spectro XEPOS台式偏振激发能量色散X射线荧光光谱仪,建立了液体样品中K、Br、Rb、Sr的分析方法,四个元素的标准曲线相关性均大于0.9982,K的检测范围50～4000μg/mL,Rb的检测范围2～150μg/mL,Br和Sr的检测范围1～200μg/mL,方法的精密度优于1.28%,加标回收率在86.58%-98.06%,适合用于卤水或者泥浆样品的检测。在江陵凹陷野外钾盐科探井钻探过程中,应用该法对深度200m-800m区间的部分样品进行了现场检测,样品测量结果与实验室ICP-AES结果基本一致。对泥浆失水和静置两种获取清液的处理方式进行了比较,表明两者可以得到一致性比较好的分析结果。对比了泥浆与对应深度的岩屑中4个元素的含量变化,数据表明,泥浆可以有效反映岩层成分的变化趋势,为钻井决策提供有效的技术支持。2)利用作者所在项目组自行研发的便携式大气压液体阴极辉光放电光谱仪,建立了Li、K、Rb、Cs等元素的分析方法,讨论了积分时间、增益等参数影响,确定了实验条件,四个元素的标准曲线相关系数均大于0.9973,Li与K的方法检出限为0.03μg/mL, Rb与Cs的方法检出限分别为0.57μg/mL和0.55μg/mL。利用该法分析了经氟化氢铵溶解的锂辉石样品中的Li和K两种元素,发现样品溶液的基体效应严重影响检测结果,采用非基体匹配的校准曲线无法得到准确的分析数据,而采用标准加入法得到的结果则大大改善了分析的准确度,测定数据与ICP-AES比较一致。采用液体阴极辉光放电光谱法分析锂辉石样品未见文献报导。由于仪器体积小、重量轻、功耗低、对环境条件要求低,本方法可应用于野外现场锂辉石样品的检测,也可延伸至卤水样品中Li的分析。