采用混酸消解法对土壤成分分析标准物质(GBW07401, GBW07402)和水系沉积物成分分析标准物质(GBW07307, GBW07309)进行前处理,用ICP-MS对其中的铀、钍、和铅元素进行测定,用ICP-AES对其中的钾元素进行测定。结果显示各个元素测定值与证书值基本相符。此方法操作简单,耗酸量小,适合用于大量环境样品中铀、钍、钾、铅元素含量的检测。 A mixed acid digestion procedure was applied to soil reference materials (GBW07401, GBW07402) and stream sediment reference materials (GBW07307, GBW07309). U, Th and Pb concentrations were then measured by ICP-MS, K by ICP-AES. The results were consistent with the certified values. This method is simple in operation and low in acid consumption. Thus it is suitable for determina-tion of U, Th, K and Pb concentrations in environmental samples in large quantities.
王水锋,郭敬华*
北京师范大学分析测试中心,北京
收稿日期:2019年11月1日;录用日期:2019年11月15日;发布日期:2019年11月22日
采用混酸消解法对土壤成分分析标准物质(GBW07401, GBW07402)和水系沉积物成分分析标准物质(GBW07307, GBW07309)进行前处理,用ICP-MS对其中的铀、钍、和铅元素进行测定,用ICP-AES对其中的钾元素进行测定。结果显示各个元素测定值与证书值基本相符。此方法操作简单,耗酸量小,适合用于大量环境样品中铀、钍、钾、铅元素含量的检测。
关键词 :铀、钍、钾、铅,土壤,沉积物,ICP-AES,ICP-MS
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地质年代的测定是地球动力学演化过程的研究中的一个关键问题,也是考古研究的重要课题。定年技术方法也日益增多和完善。
电子探针U-Th-Pb定年也称化学U-Th-Pb等时线法(CHIME),是20世纪90年代发展起来的一种原位定年方法 [
光释光测年法由Huntley等在1985年首次提出,被广泛用于我国北方的黄土古土壤序列及其记录的气候环境变化、古地震、古人类遗址和考古研究等方面的测年和年代学研究 [
铀、钍、钾和铅含量测定的精确性是定年准确与否的一个关键因素。常用的测定样品中铀、钍、钾和铅含量的方法有:中子活化法,电子探针法,离子探针质谱法,厚源α-计数法,γ谱法等 [
本文使用氢氟酸、硝酸和高氯酸对沉积物和土壤标准物质进行前处理,用ICP-MS和ICP-AES对其中的铀、钍、钾、铅含量进行测定,各个元素测定值与标准值基本相符,结果满足大量地质样品的分析要求。
电感耦合等离子体质谱仪(NexION 300X,美国PerkinElmer仪器有限公司)。电感耦合等离子体原子发射光谱仪(ARCOS EOP,德国斯派克分析仪器公司)。
硝酸(优级纯,天津市科密欧化学试剂有限公司),高氯酸(优级纯,天津市鑫源化工有限公司);氢氟酸(优级纯,北京化学试剂研究所);水为二次去离子水(电导率18.25 MΩ·cm)。
取1000微克/毫升U、Th、Pb单元素标准溶液(美国O2Si公司)各1毫升,用2%硝酸定容至100毫升。并用2%硝酸逐级稀释为U、Th、Pb含量为0.1,1,5,10,20,50,80,100微克/升的标准系列。取1000微克/毫升K单元素标准溶液(钢研纳克检测技术有限公司) 10毫升,用2%硝酸定容至100毫升。并用2%硝酸逐级稀释为K含量为1,10,20,50,80,100微克/毫升的标准系列。
本实验所用标准物质为土壤和水系沉积物成分分析标准物质(地矿部物化探所、测试所),编号分别为GBW07401,GBW07402,GBW07307,GBW07309。
准确称取0.1000 g样品,于聚四氟乙烯消解罐中,加入2毫升HF,5毫升HNO3,和1毫升HClO4盖上回流漏斗,放到ST-40型消解仪中,升温至140℃消解1小时,再升温到 160 ℃ 消解1小时,最后升温到 180 ℃ 消解40分钟。取下回流漏斗,将HF赶尽。冷却后用2%硝酸定容至25毫升,使用ICP-AES测定K元素含量。取该溶液1毫升,用2%硝酸定容至10毫升,使用ICP-MS测定U、Th、Pb元素含量。
按照样品消解步骤制备过程空白溶液,连续测定11次,以标准偏差的3倍计算各元素的检出限分别为:U 0.005微克/克;Th 0.009微克/克;K 1.8微克/克;Pb 0.03微克/克。满足地质样品中铀、钍、钾、铅元素含量检测的需求。
按照上述实验条件消解土壤和沉积物标准物质,对其中的铀、钍、钾和铅含量进行检测,结果列于表1。说明本方法的准确性和重现性良好,可用于地矿样品的测定。
U (微克/克) | Th (微克/克) | K2O (%) | Pb (微克/克) | |||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
标准值 | 测定值 | 标准值 | 测定值 | 标准值 | 测定值 | 标准值 | 测定值 | |||
GBW07401 | 3.3 ± 0.6 | 3.0 ± 0.3 | 11.6 ± 1.1 | 11.5 ± 0.5 | 2.59 ± 0.06 | 2.58 ± 0.06 | 98 ± 8 | 101 ± 4 | ||
GBW07402 | 1.45 ± 0.4 | 1.42 ± 0.1 | 16.6 ± 1.2 | 16.9 ± 1.1 | 2.54 ± 0.07 | 2.52 ± 0.06 | 20.2 ± 3.3 | 19.8 ± 1.1 | ||
GBW07307 | 3.5 ± 0.5 | 3.4 ± 0.1 | 12.6 ± 1.5 | 12.6 ± 0.2 | 3.54 ± 0.08 | 3.54 ± 0.07 | 350 ± 17 | 354 ± 8 | ||
GBW07309 | 2.6 ± 0.6 | 2.4 ± 0.1 | 12.4 ± 1 | 12.2 ± 0.7 | 1.99 ± 0.08 | 2.02 ± 0.02 | 23 ± 4 | 24 ± 2 | ||
表1. 标准物质中U、Th、K和Pb证书参考值与元素测定值
按上述实验条件消解土壤成分分析标准物质(GBW07401),测定其中铀、钍、钾、铅元素含量,其精密度见表2,各元素测定值相对标准偏差在5%以内,适合用做地矿样品定年。
U (微克/克) | Th (微克/克) | K2O (%) | Pb (微克/克) | |
---|---|---|---|---|
1 | 2.98 | 10.7 | 2.60 | 97.6 |
2 | 2.95 | 11.5 | 2.65 | 99.4 |
3 | 3.00 | 11.4 | 2.53 | 105 |
4 | 3.03 | 12.3 | 2.58 | 106 |
5 | 2.98 | 11.7 | 2.68 | 98.5 |
6 | 3.01 | 11.6 | 2.62 | 95.2 |
7 | 3.03 | 11.8 | 2.52 | 99.0 |
8 | 3.01 | 11.2 | 2.54 | 104 |
---|---|---|---|---|
9 | 2.99 | 11.9 | 2.64 | 105 |
10 | 3.01 | 10.8 | 2.55 | 105 |
11 | 3.04 | 12.0 | 2.53 | 103 |
12 | 3.02 | 10.9 | 2.55 | 99.5 |
平均值 | 3.0 | 11.5 | 2.58 | 101 |
标准偏差 | 0.3 | 0.5 | 0.06 | 4 |
相对标准偏差(%) | 0.9 | 4.4 | 2.1 | 3.6 |
表2. GBW07401中U、Th、K和Pb元素的精密度
采用HF-HClO4-HNO3混酸消解法消解土壤和沉积物标准物质,用ICP-AES测定其中的钾元素含量,用ICP-MS测定样品中的铀钍和铅元素含量,检测结果与证书参考值吻合良好。该方法用酸量少,操作简单,测定速度快,适合大量地质样品的检测。可用于地质、考古定年研究。
王水锋,郭敬华. 土壤和沉积物中铀、钍、钾、铅含量的测定Determination of U, Th, K and Pb Concentrations in Soil and Sediment[J]. 化学工程与技术, 2019, 09(06): 477-480. https://doi.org/10.12677/HJCET.2019.96067