Оптимизация исп-мс определения высокозарядных элементов в высокоуглеродистых породах

Тем не менее, основной проблемой является пробоподготовка геологических матриц к ИСП-МС. К настоящему времени разработано довольно много схем вскрытия геологических образцов [Casseta, Giaretta, 1990], но большинство из них многоступенчаты, трудоемки и длительны во времени. В частности, в нашей лаборатории разработано и внедрено несколько схем анализа горных пород разной природы, позволяющие экспрессно и достоверно определять высокозарядные элементы [Аношкина, Никитина, 2009].

Тем не менее, при анализе высокоуглеродистых пород возникла проблема, связанная с отсутствием воспроизводимости с методом сравнения - инструментальным нейтронно-активационным анализом (ИНАА). Результаты приведены в таблице 1. Данные породы совмещают в себе высокое содержание оксида кремния, алюминия и железа, а также органического вещества, поэтому представляют собой особую сложность для кислотного вскрытия.
Таблица 1. Результаты анализа черного сланца методами ИПС-МС и ИНАА.

Элемент	Метод анализа
	ИСП-МС (1-ые результаты), г/т	ИСП-МС (2-ые результаты), г/т	ИННА, г/т
La	1,95	7,78	8,43
Ce	4,74	15,14	14,92
Nd	2,08	5,26	6,33
Sm	0,56	1,32	1,69
Eu	0,14	0,39	0,46
Tb	0,086	0,23	0,40
Yb	0,47	0,87	1,63
Lu	0,065	0,15	0,20
Th	2,55	9,93	11,04
U	1,53	2,56	2,52

Примечание: 2-ые результаты ИСП-МС - анализ образцов по модернизированной схеме пробоподготовки.
В связи с этим перед нами была поставлена задача выявления причин систематического занижения результатов анализа высокоуглеродистых пород. Для решения поставленной задачи нами был проведен эксперимент по выявлению невскрываемой фракции на каждой стадии пробоподготовки. В качестве образца для анализа был выбран стандартный образец состава сланца черного (СЛг-1) Иркутского института геохимии им. А. П. Виноградова. Для этого после каждой стадии разложения были отобраны образующиеся осадки, высушены и проанализированы с помощью метода растровой электронной микроскопии с рентгеноспектральным микроанализом (РЭМ РСМА). Надосадочная жидкость была проанализирована методом ИСП-МС. В ходе проведения эксперимента было выявлено, что на первой стадии происходит вскрытие матрицы с образованием нерастворимых фторидов алюминия, калия, железа. Состав осадка можно представить в виде оксидов: 0,01K₂O∙0.08(Mg, Fe)O∙0.08Al₂O₃∙1.01F с включениями Y, Zr, Ta. В основной массе наблюдаются участки, обогащенные редкоземельными элементами (РЗЭ). На дальнейших стадиях разложения происходит частичное переведение фторидов РЗЭ в раствор и образование агрегатов, представляющих собой фториды алюминия с примесью петрогенных элементов. При этом происходит сорбция и дефектные включения La, Ce, Nd, Y в структуру новообразующихся осадков (0.03Na₂O∙0.1MgO∙0.13Al₂O₃∙1.4F, 0,01Na₂O∙0,05(Mg, Fe)O∙0,05Al₂O₃∙0,09SiO₂∙0,13K₂O∙1,17F).

Рисунок 1. Осадки с включениями РЗЭ, полученные с помощью метода РЭМ.

При исследовании стандартного образца черного сланца (СЛг-1) мы воспользовались методикой предложенной в работе коллектива авторов [Термический анализ минералов…,1974]. В качестве основного критерия при определении углистого вещества была выбрана температура начала экзотермического эффекта. Образец СЛг-1 содержит термоактивные минералы, такие как хлорит, карбонаты, серицит, монтмориллонит, термические эффекты которых регистрируются в одинаковых с углистым веществом интервалах температур, что в свою очередь делает невозможным его диагностирование. В этом случае предлагается двукратное нагревание образца. В первом нагревании используется тигли с плотно прилегающими крышками, когда свободный доступ воздуха ограничен, а затем второе нагревание в открытых тиглях. Двукратное нагревание позволяет однозначно решить вопрос о присутствие в пробе углистого вещества и определить температуру его выгорания. На первом этапе проба нагревалась до 1100 °С со скоростью 40 °С в минуту в воздушной среде, тем самым мы избавлялись от термических эффектов, характерных для минералов пробы (рисунок 2).

Рисунок 2. Термограмма пробы СЛг-1, первый нагрев

Рисунок 3. Термограмма пробы СЛг-1, второй нагрев в открытых тиглях.

Из полученных данных видно что, увеличение экспозиции обжига особенно влияет на увеличение извлечения легких РЗЭ.

Таким образом, нами была получена информация о цепочке преобразований осадка в ходе вскрытия сложной геологической матрицы с высоким содержание углистого вещества. Найден нескрываемый субстрат с редкоземельным компонентом, что позволило модернизировать схему химической пробоподготовки. Полученная схема химического анализа была применена к реальным образцам. Данные были сопоставлены с результатами ИНАА (таблица 1). Расхождение между результатами было признано незначимым.

Работа выполнена при финансовой поддержке ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 гг.

Аношкина Ю.В., Никитина Е.И. Масс-спектральное (с индуктивно-связанной плазмой) определение редкоземельных элементов, циркония, гафния, ниобия и тантала в геологических образцах с применением микроволнового разложения. // Петрология магматических и метаморфических комплексов: Материалы Всероссийской научной конференции. – Томск, 2009. – выпуск 7. – С. 9 – 12.

Термический анализ минералов и горных пород. Л.: Недра, 1974, 393 с.



Casseta B., Giaretta A., Mezzacasa G. . Determination of Rare Earth and Other Trace Elements in Rock Samples by ICP-Mass Spectrometry: Comparison With Other Techniques// Atomic spectroscopy. – 1990. – V. 11. - №6. – P. 222 – 228.