密闭高温高压溶样ICP-MS测定56种国家地质标准物质中的36种痕量元素——对部分元素参考值修正和定值的探讨

刘晔; 第五春荣; 柳小明; 袁洪林

密闭高温高压溶样ICP-MS测定56种国家地质标准物质中的36种痕量元素——对部分元素参考值修正和定值的探讨

大陆动力学国家重点实验室，西北大学地质学系，陕西西安 710069

基金项目:

国家自然科学基金项目(40902056)；科技部国家重点实验室自主研究重点课题(BJ11070)

科技部国家重点实验室自主研究重点课题 BJ11070

国家自然科学基金项目 40902056

详细信息

通讯作者:
第五春荣，博士，主要从事前寒武纪地质及同位素年代学研究。E-mail： diwuchunrong@163.com

中图分类号: O657.63; P585; S151.93
计量
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出版历程
- 收稿日期: 2012-07-17
- 录用日期: 2012-11-15
- 发布日期: 2013-03-31

Determination of 36 Trace Elements in 56 Chinese National Standard Reference Materials by ICP-MS with Pressurized Acid-Digestion

State Key Laboratory of Continental Dynamics, Department of Geology, Northwest University, Xi′an 710069, China

摘要

摘要: 标准物质参考值的准确性在测试仪器校准、分析数据质量监控以及方法评价等方面具有非常重要的作用。为了检验国家地质标准物质参考值的准确性，本文应用密闭溶样-电感耦合等离子体质谱法分析了国家地质标准物质的18种岩石(GBW 07103~GBW 07125)、19种沉积物(GBW 07301~GBW 07318)和19种土壤(GBW 07401~GBW 07430)中36种痕量与稀土元素。结果表明，除个别样品中的几个元素(Ni、Cr、Pb、Co、Cu、Sc、Yb、Lu)外，其余国家标准物质中36种元素测定结果的相对标准偏差均小于10%；绝大部分元素测定值的相对误差小于10%，测定值与参考值能较好地吻合。将误差较大元素的测定值与其他实验室的测定值以及文献报道值进行了比较，指出已有的参考值需要修正；针对部分沉积物和土壤中的元素未提供参考值，如GBW 07306的Ni、GBW 07313的Be、Hf、Ta，GBW 07314的Li、Be，GBW 07409、GBW 07410和GBW 07411的Hf、Ta，GBW 07426的Gd、Ta，本文给出了相应的参考值。
- 密闭溶样 /
- 电感耦合等离子体质谱法 /
- 国家地质标准物质 /
- 岩石 /
- 沉积物 /
- 土壤 /
- 参考值
Abstract: The accuracy of the certified values of the national reference materials plays an important role in instrument calibration, and therefore quality control for analysis data. In order to test the accuracy of the certified values of the Chinese National Standard Reference Materials, 36 trace elements were determined for 18 National Standard Reference Materials of rock (from GBW 07103 to GBW 07125), 19 National Standard Reference Materials of sediment (from GBW 07301 to GBW 07318) and 19 National Standard Reference Materials of soil (from GBW 07401 to GBW 07430) by Inductively Coupled Plasma-Mass Spectrometry (ICP-MS). These National Standard Reference Materials were digested by using the pressurized acid digestion technique. The relative standard deviation (RSD) of most trace elements in these materials were typically better than 10%, except for Ni, Cr, Pb, Co, Cu, Sc, Yb and Lu in several reference materials. Most of the results were consistent with the certified values in the literature, and with a relative error of less than 10%. Results given here indicate that a few certified values of some reference materials should be revised. In addition, content values of some trace elements in the National Standard Reference Materials of sediment or National Standard Reference Materials of soil, such as Ni for GBW 07306, Be, Hf and Ta for GBW 07313, Li and Be for GBW 07314, Hf and Ta for GBW 07409, GBW 07410 and GBW 07411, Gd and Ta for GBW 07426 are provided here.
- pressurized acid digestion /
- Inductively Coupled Plasma-Mass Spectrometry /
- National Geological Reference Materials /
- rock /
- sediment /
- soil /
- proposed values

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标准物质是化学测量领域应用最广泛的一种计量标准，其定值的准确性直接影响着样品分析结果的质量^[1-2]。标准物质不仅是保证测量结果在时间和空间上一致性和可比性的依据，而且在校准测量仪器、促进测量技术发展等方面发挥着重要作用^{[1, 3-4]}。然而，2003年出版的《实用地质分析标准物质手册》^[5]和中国标准物质网(http://www.GBW114.org/)给出的国家地质标准物质痕量和稀土元素的参考值绝大多数都是采用X射线荧光光谱(XRF)、原子吸收光谱(AAS)、比色法、称量法以及其他测量技术获得^[6-7]，这些方法对某些元素的分析灵敏度达不到要求或分析误差较大，其给出元素的参考值必然会存在很大的偏差^{[6, 8-9]}。因此，有必要对国家标准物质中某些元素的参考值作进一步检验和修正。

电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)技术具有灵敏度高、检出限低、谱线相对简单、动态线性范围宽，以及同时可对多种元素进行快速准确分析等优点，已被广泛应用在地质领域^[10-12]。ICP-MS是以溶液进样为主的分析技术，为了能够与其强大的分析能力相匹配，对样品的处理方法提出了更高的要求。密闭高温高压样品消解方法使大多数难溶矿物能完全分解，避免了元素的挥发损失，同时解决了酸的泄漏和罐的生锈等问题。在溶样过程中，由于所用的酸不再挥发而是在系统内反复回流，仅需很少量的高纯酸即可完成样品的彻底分解，从而保证了很低的空白值。高压密闭溶解的特点使样品遭受环境污染的可能性大大降低，也减少了所用试剂对环境的污染，因此密闭高温高压溶样ICP-MS测定已成为地质样品中痕量元素分析的理想选择^[13-15]。本文采用实验室自行研制的高温高压消解罐(专利号：ZL03218713.01)，用ICP-MS对56种岩石、沉积物和土壤国家标准物质中的36种痕量元素进行测定，给出了文献中没有参考值元素的测定值，同时对标准物质中部分元素的参考值进行修正。

1. 实验部分

1.1 仪器与主要试剂

Agilent 7500a型电感耦合等离子体质谱仪(美国Agilent公司)，仪器工作参数见表 1。实验用水均为18.2 MΩ·cm的高纯水(Milli-Q Element，德国Merck公司)。

表 1 ICP-MS仪器工作参数

Table 1. Operation parameters for ICP-MS

工作参数	条件
射频功率	1320 W
雾化气流速	0.92 L/min
辅助气流速	0.15 L/min
样品提升量	200 μL/min
数据采集方式	跳峰
每个质量峰测定点数	1
每点测定时间	30 ms
扫描次数	3

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超纯试剂硝酸、氢氟酸和高氯酸由市售的优级纯试剂再经亚沸蒸馏制得。实验样品为中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所研制的岩石标准物质(GBW 07103~GBW 07125)、沉积物标准物质(GBW 07301~GBW 07318)和土壤标准物质(GBW 07401~GBW 07430)。

1.2 样品前处理

将岩石、沉积物和土壤标准物质于105℃烘干，称取50 mg样品，置于聚四氟乙烯溶样弹中。依次加入1.5 mL高纯硝酸、1.5 mL高纯氢氟酸和0.01 mL高纯高氯酸，在140℃电热板上蒸至湿盐状，再加入高纯硝酸和氢氟酸各1.5 mL，加盖及钢套密封置于190℃烘箱中加热48 h。冷却后，在电热板上蒸发至干，加入3.0 mL高纯硝酸蒸至湿盐状，再加入3.0 mL 50%的硝酸，加盖及钢套密封后置于150℃烘箱中加热12 h。冷却后将溶液转入干净的聚对苯二甲酸乙二酯(PET)瓶中，加入Rh内标元素，使得Rh在溶液中的浓度为10 ng/mL，并用2%硝酸稀释至80 g(对应的稀释因子约为1600)，密封保存，待ICP-MS上机测定。

1.3 标准溶液及仪器灵敏度漂移校正

选择合适的基体匹配标准溶液进行校正，能有效地抑制元素间的含量差异带来的基体干扰^[16-17]。本文采用模拟地壳样品中元素天然丰度比的基体匹配校正标准溶液为外标，具体值见表 2。该多元素校正标准溶液是由1000 μg/mL单个元素国家标准溶液(国家钢铁材料测试中心提供)逐级稀释而成的，工作溶液介质为3%硝酸+0.1%氢氟酸。在ICP-MS分析中，随着仪器长时间工作，元素灵敏度将发生漂移，从而影响分析的准确度和精密度。为了最大限度地降低灵敏度漂移所带来的影响，本文采取内标、外标相结合的校正技术，这样能有效地监控分析信号的漂移和补偿不同样品的基体效应。在给待测样品中加入内标元素(Rh，10 ng/g)校正的基础上，再进行外标校正，即每测试10个样品，再加测1个国际标准样品的混合液(QC)来进行外标校正，经过内外标结合校正后，有效地克服了分析过程中仪器的灵敏度漂移和基体效应。还有，质谱干扰和非质谱干扰是ICP-MS分析中存在的主要问题(如氧化物、二价离子等)，而最佳化仪器操作条件可以明显降低这些干扰，提高仪器的检测准确度和精密度，具体仪器优化方法可见参考文献[18-19]。

表 2 基体匹配标准溶液

Table 2. Matrix-matched standard solutions

元素	ρ_B/(ng·mL^-1)
元素	标准1	标准2	标准3
Ba, Sr	500	100	20
V, Rb, Zr, Ce	250	50	10
Cr, Cu, Zn, Nd, La	100	20	4
Co, Ni, Pb, Li	50	10	2
Sc, Th, Ga, Y, Pr, Sm, Gd, Nb	25	5	1
Cs, Hf	10	2	0.4
Dy, Er, Yb, U	5	1	0.2
Be, Lu, Tb, Ho, Tm, Eu, Ta	2.5	0.5	0.1

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2. 结果与讨论

本文采用密闭高温高压溶样ICP-MS技术对国家地质标准物质中18种岩石(GBW 07103~GBW 07125)、19种沉积物(GBW 07301~GBW 07318)和19种土壤(GBW 07401~GBW 07430)中的36种痕量元素，在不同时间进行多次测定(n≥6)，部分元素测试结果见表 3。

表 3 标准物质不同实验室分析结果对比

Table 3. Analytical results of elements in National Standard Reference Materials from different laboratories

标准物质编号	元素	测定值 w_B/(μg·g^-1)
标准物质编号	元素	L	H	Z	Q	参考值
GBW 07103	Cr	2.38	-	-	2.19	3.6
	Ni	1.64	1.02	1.28	1.35	2.3
	Cu	2.49	2.06	-	-	3.2
	Y	68.7	72.1	70.4	67.8	62
GBW 07104	Li	20.4	-	-	22.6	18.3
	Nb	5.72	5.91	-	5.46	6.8
	Cs	1.72	1.73	1.68	1.63	2.3
	Tb	0.33	0.34	0.33	0.35	0.41
	Tm	0.11	0.11	0.12	0.12	0.15
	Yb	0.73	0.73	-	0.75	0.89
	Hf	2.52	2.52	2.46	2.71	2.9
	Ta	0.35	0.38	-	0.37	0.4
GBW 07105	Li	10.9	-	-	10.9	9.5
	Nb	76.3	-	-	75.8	68
	Cs	0.45	0.49(8)^①	-	0.45	0.7
	Tm	0.23	0.23(8)^①	-	0.26	0.28
	Yb	1.25	1.27(8)^①	-	1.3	1.5
	Pb	4.7	4.65(8)^①	-	4.75	7
GBW 07106	V	29.1	30.5	27.6	-	33
	Zn	17.6	-	-	17.2	20
	Nb	4.97	5.43	-	5.33	5.9
	Cs	1.38	1.43	1.35	1.4	1.8
	Pr	4.8	5.07	4.9	4.97	5.4
	Tb	0.68	0.73	0.66	0.65	0.79
	Tm	0.28	0.28	0.28	0.25	0.32
	Lu	0.26	0.27	0.26	0.24	0.3
	Hf	5.56	5.31	5.56	5.95	6.6
GBW 07107	Ta	0.86	-	-	0.82	1
GBW 07108	Li	26	21.5	27.8	27.2	20
	Co	10.6	10.4	10	9.38	9
	Ni	22.4	20.4	21.3	20.4	18
	Zn	45.9	47.5	48.3	49.6	52
	Cs	2.8	2.89	2.79	2.74	3.2
	Tb	0.29	0.31	0.3	0.31	0.35
	Er	0.95	0.95	0.98	0.95	1.1
	Tm	0.14	0.14	0.14	0.14	0.17
	Pb	15.8	16	14.3	16.9	18
GBW 07109	Li	39.2	34.4	40.2	-	32.9
	Sc	4.09	3.29	3.48	-	2.22
	Y	28.6	28.3	29.9	-	24.7
	Nb	74.8	83.4	78.2	-	66.9
	Tm	0.4	0.41	0.4	-	0.46
	U	16.6	17.4	18.2	-	14.6
GBW 07110	Y	32.3	32	32.3	-	28
GBW 07111	Be	1.85	1.7	-	-	2.11
	Sc	11.6	11	12.1	-	10.3
	Cr	41.6	40.5	-	-	37.6
	Ni	27.6	26.2	27.7	-	24.4
	Cu	10.2	-	10.4	-	8.8
	Y	18.1	17.3	18	-	15.5
	Pb	17.7	17.4	16.6	-	19.8
GBW 07112	Li	1.34	1.21	-	-	1.94
	Be	0.16	0.15	-	-	0.98
	Cr	16.1	15.7	-	-	14.5
	Ni	78.5	94.1	73.1	-	69
	Cu	44.2	35.6	36.8	-	28.3
	Zn	140	133	133	-	118
	Rb	2.81	1.77	2.96	-	4.79
	Y	5.5	5.3	5.5	-	4.9
	Zr	22.2	20.9	-	-	29
	Nb	4.53	4.65	4.42	-	9.3
	Cs	0.07	0.06	0.06	-	0.17
	Pr	0.74	0.76	-	-	0.84
	Er	0.52	0.52	0.59	-	0.47
	Tm	0.066	0.067	0.075	-	0.09
	Hf	0.78	0.79	0.93	-	0.65
	Pb	0.91	0.89	-	-	5.16
	Th	0.11	0.11	0.08	-	0.28
	U	0.028	0.027	-	-	0.086
GBW 07114	Be	0.076	0.066		-	0.22
	Co	5.08	6.19	4.61	-	3.88
	Zr	1.16	1.28	-	-	3
	Nb	0.1	0.1	-	-	2.77
	Cs	0.06	0.05	0.06	-	0.07
	Pr	0.33	0.35	-	-	0.44
	Nd	1.23	1.21	-	-	1.39
	Gd	0.24	0.24	-	-	0.18
	Dy	0.22	0.22	0.21	-	0.19
	Er	0.12	0.12	-	-	0.09
	Hf	0.037	0.035	-	-	0.1
	Ta	0.01	0.03	-	-	0.18
	Pb	2	1.72	2.96	-	4.44
	U	0.12	0.12	-	-	0.16
GBW 07122	Li	12.9	-	12.5	-	11
	Be	0.42	0.39	-	-	0.34
	Rb	26.7	25.5	27.8	-	30
	Y	23.2	23.1	23.7	-	20
	Ba	51.2	47.6	44.9	-	62
	Eu	0.82	0.83	-	-	0.92
	Gd	3.02	3.07	3.51	-	2.7
	Pb	3.72	3.62	-	-	9
GBW 07125	Be	1.12	0.95	-	-	1.3
	Co	0.98	0.94	1.0	-	1.5
	Zr	29.3	28.5	-	-	22.6
	Cs	1.36	1.43	1.33	-	1.8
	U	0.35	0.36	-	-	0.75
GBW 07302	V	14.5	-	-	14.2	16.5
	Eu	0.37	-	-	0.31	0.49
	Pb	42.9	-	-	43.4	32
GBW 07303	La	34.6	-	-	35.6	39
GBW 07303	Pr	7.22	-	-	7.51	8.3
GBW 07304	Pr	8.29	-	-	8.44	9.3
	Tb	0.79	-	-	0.79	0.9
	Er	2.8	-	-	2.93	2.5
	Lu	0.41	-	-	0.43	0.47
	Hf	4.86	-	-	5.08	5.8
	U	2.98	-	-	3.16	2.6
GBW 07305	U	3.15	-	-	3.17	2.6
GBW 07306	Nb	10	-	-	10.1	12
	Gd	4.85	-	-	5.03	5.5
	Hf	4.14	-	-	4.51	4.9
GBW 07307	Ni	58.7	-	-	58.3	53
	Cs	4.82	-	-	4.89	5.9
	Er	2.62	-	-	2.44	2.3
GBW 07308	Ni	2.31	-	-	2.53	2.7
	Cu	5.13	-	-	4.94	4.1
	Cs	3.22	-	-	3.22	3.6
	La	25.8	-	-	27.2	30
	Tb	0.47	-	-	0.48	0.54
	Ho	0.61	-	-	0.62	0.9
	Tm	0.29	-	-	0.31	0.33
	Lu	0.32	-	-	0.34	0.38
	Hf	12.1	-	-	13.4	14.5
	U	3.37	-	-	3.31	3
GBW 07310	Cs	1.9	-	-	1.97	2.3
	Ba	35.3	-	-	37.7	42
	Pr	2.66	-	-	2.91	3.2
	Tb	0.33	-	-	0.36	0.42
	Ta	0.36	-	-	0.41	0.5
GBW 07312	Tb	0.71	-	-	0.73	0.82
GBW 07312	Ta	0.36	-	-	0.41	0.52
GBW 07301a	Be	3.53	3.22	-	-	2.9
	Y	25.6	24.2	25.6	-	22.0
	U	5.15	5.5	5.71	-	4.6
GBW 07317	V	16.4	16.1	14.9	-	20
	Ni	4.83	4.15	4.59	-	3
	Tm	0.15	0.15	0.16	-	0.13
	U	0.83	0.89	-	-	0.7
GBW 07318	Be	7.3	6.56	-	-	5.7
	Y	41.9	40.5	43.8	-	34
	U	3.6	3.75	3.96	-	3
GBW 07401	Ta	1.2	-	-	1.25	1.4
GBW 07402	Ga	16.5	-	-	14.8	12
	Tm	0.3	-	-	0.31	0.42
	Ta	0.62	-	-	0.68	0.78
GBW 07403	Cs	2.62	-	-	2.61	3.2
GBW 07403	Ta	0.64	-	-	0.65	0.76
GBW 07404	Cu	44.9	-	-	43	40
GBW 07405	Li	62	-	-	64.9	56
GBW 07405	Tb	0.56	0.57(7)^②	-	0.56	0.7
GBW 07406	Co	6.59	-	-	6	7.6
	Ba	105	-	-	102	118
	Nd	18.36	-	-	19.9	21
	Tb	0.48	-	-	0.49	0.61
	Dy	2.97	-	-	3.08	3.3
	Er	1.93	-	-	1.88	2.2
	Tm	0.32	-	-	0.31	0.4
	Lu	0.36	-	-	0.39	0.42
GBW 07408	Li	40.5	-	-	40.6	35
GBW 07408	Y	28.8	-	-	28.7	26
GBW 07423	Y	29.4	28.7	30.5	-	25
GBW 07423	U	2.54	2.6	2.62	-	2.1
GBW 07424	Zn	55.9	56.7	57.1	-	64
GBW 07424	Ta	1.09	1.19	-	-	1.3
GBW 07425	Lu	0.37	0.37	0.37	-	0.41
GBW 07425	Ta	0.93	0.99	-	-	1.05
注：L—本文给出的测定值；H—中国地质大学(武汉)地质过程与矿产资源国家重点实验室的测定值；Z—中国科学院地质与地球物理研究所的测定值；Q—参考文献[9的测定值；标注①、②的数据是参考文献[7和[8的测定值；“-”表示未检出。

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2.1 标准物质分析的精密度

由三类标准物质重复测定(n≥6)所得36种元素的测定值，计算出其相对标准偏差(RSD)。可知岩石标准物质，RSD大于20%的样品有：GBW 07103 (Ni 24.3%)，GBW 07109(Cr 21.8%、Ni 32.1%)和GBW 07125(Ni 32.1%)；RSD大于10%的样品有：GBW 07103(Cr 14.7%)，GBW 07110(Ni 14.2%)，GBW 07112(Pb 14.1%)，GBW 07113(Cr 11.6%，Co 12.3%，Cu 10.5%)，GBW 07114(Sc 14.4%，Cr 13.4%，Cu 10.0%，Rb 10.2%，Pb 12.7%)，GBW 07125(Cr 13.7%，Yb 10.6%，Lu 10.5%)。对沉积物标准物质，RSD大于10%的样品有：GBW 07308(Ni 16.2%)和GBW 07317(Ni 11.5%)。计算所得其余岩石、沉积物和土壤中其他元素的RSD均在10%以内，说明本文对标准物质的元素测定值精密度较好。

图 1为18种岩石标准物质36种元素的相对标准偏差。RSD偏高的元素主要是Cr和Ni，本文认为其原因可能是与分析所用的氩气不纯有关(氩气含碳量较高形成了多原子离子干扰)^{[7, 18]}；造成Ni的RSD偏高可能是由于采用镍锥所致；而Pb、Co、Sc、Yb、Lu的RSD偏高，是由于这些元素含量过低(含量 < 5 μg/g)，接近ICP-MS分析的检测下限。

图 1 18种岩石标准物质36种元素的相对标准偏差

Figure 1. The RSD of 36 elements in 18 rock standard materials

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2.2 标准物质分析的准确度

三类标准物质的测定值与参考值的相对误差，除了Ni、Cr、Li、Be、Sc等元素由于质谱干扰和含量低而大于20%以外，多数元素的相对误差都在10%以内，表明本文分析结果可靠。此外，也可以用球粒陨石标准化的方法来评价地质样品稀土元素分析测试结果的准确性。如果将地质样品中各个稀土元素(REEs)的含量分别除以对应“平均”球粒陨石中的元素丰度，也即球粒陨石标准化后，可以消除稀土元素奇偶效应，除Ce和Eu元素常呈现地球化学异常外，其余元素作图时会得到一条平滑曲线，曲线越平滑就表明测试分析获得的数据准确度较高^[20]。将本文分析的5个标准物质GBW 07114(GSR-12)、GBW 07120(GSR-13)、GBW 07310(GSD-10)、GBW 07402(GSS-2)、GBW 07406(GSS-6)以及其参考值经球粒陨石归一化后(图 2)，除Eu元素外，本文所获得测试结果相比参考值而得到的稀土元素的配分曲线更为平滑，表明本实验室建立的ICP-MS分析方法具有较高的准确度。

图 2 国家标准物质稀土元素球粒陨石标准化(其中灰色的线为参考值；黑色线本文测试结果)

Figure 2. Plots of Chondrite-normalized REE patterns for Chinese standard materials (The light grey lines represent the recommended values; the black lines represent the results obtained from this study)

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在测试过程中发现土壤标准样品GBW 07407多数元素的测定值普遍偏低，误差大于10%，但RSD均小于10%。原因可能是该标准样品中Al元素含量高(达到29.26%)，是19个土壤标准样品中含量最高的。氢氟酸-硝酸混合酸消解方法对多数土壤样品都是可行的，但对于Al含量高的样品容易形成黏性氟化物(CaAlF₅、CaMg₂Al₂F₁₂等)，使一些痕量元素及稀土元素形成共沉淀，从而造成回收结果偏低^{[7-8, 21]}。关于GBW 07110、GBW 07111、GBW 07120、GBW 07121、GBW 07125、GBW 07404、GBW 07406、GBW 07411中的Li；GBW 07103、GBW 07109、GBW 07124、GBW 07125、GBW 07404中的Be，GBW 07114、GBW 07404、GBW 07406中的Sc；GBW 07120、GBW 07125、GBW 07305、GBW 07311、GBW 07314中的Ni等相对误差较大，本文认为：Li和Be是轻质量元素，与ICP-MS的质量歧视效应有关；Sc的误差较大可能与SiO干扰或所用氩气不纯、含有CO₂造成的CO₂H⁺在质量数45处的高背景值波动有关^[10-22]；而引起Ni的误差大可能是由于采用镍锥所致。

2.3 标准物质参考值的修正

为了准确给出标准物质的参考值，本文从56种标准物质中任意选取了20个样品，分别送至中国地质大学(武汉)地质过程与矿产资源国家重点实验室和中国科学院地质与地球物理研究所进行测定分析，结果表明，本文所获得的测定值与这两个实验室的分析结果比较接近(见表 3)，且与文献^[6-8]的参考值吻合较好。

已有的国家标准物质的参考值定值年代较早^[5-6]，如1986年1月定值的有GBW 07103(GBW 07108、GBW 07401(GBW 07408、GBW 07301(GBW 07308，1990年7月定值的有GBW 07109(GBW 07114，1991年2月定值的有GBW 07409(GBW 07411，1996年12月定值的有GBW 07313(GBW 07316，1999年8月定值的有GBW 07120(GBW 07125，1999年8月定值的有GBW 07317(GBW 07318；2000年8月定值的有GBW 07424(GBW 07430。20世纪90年代中期之前ICP-MS在我国还未开始使用，采用的分析方法主要是中子活化、火焰光度、原子吸收光谱、发射光谱、X射线荧光光谱法等，这些方法对某些元素的分析灵敏度达不到要求或分析误差较大，对某些元素的定值不可避免地存在一些问题。由表 3也可知，这些参考值与本文最新应用密闭溶样-ICP-MS法获得的测试结果偏差较大，建议对目前我国国家标准物质的某些参考值进行修正^{[8, 23]}。此外，GBW 07428中Li的参考值(349 μg/g)明显高于其他17种土壤标准物质Li的参考值(14.3~56 μg/g)，本文给出的测定值为(40.1±1.4) μg/g，因此建议修正原参考值。

2.4 标准物质的定值建议

本文以模拟地壳样品中元素天然丰度比的基体匹配校正标准溶液为外标，以Rh为内标，结合外标校正的ICP-MS多元素分析方法，给出我国一些沉积物和土壤标准物质中个别元素没有参考值的测定值，其定值结果(单位μg/g)分别为：GBW 07306(Ni 85.7±1.1)；GBW 07313(Be 2.41±0.04，Hf 4.47±0.07，Ta 0.86±0.02)；GBW 07314(Li 47.3±1.7，Be 2.30±0.03)；GBW 07409(Hf 7.74±0.32，Ta 0.89±0.02)；GBW 07410(Hf 8.68±0.27，Ta 1.17±0.02)；GBW 07411(Hf 5.04±0.15，Ta 0.98±0.02)；GBW 07426(Gd 5.24±0.09，Ta 0.80±0.01)。沉积物标准物质GBW 07301中36种元素均无参考值，本文获得测定值的RSD均在4%以内，且与文献[9]分析值吻合得很好，相对误差都在10％以内。因此本文建议将该标准物质36个元素的测定值确定为其参考值(表 4)。

表 4 标准物质GBW 07301中36种元素的参考值

Table 4. The proposed values of 36 trace elements in National Standard Reference Material GBW 07301

元素	参考值w_B/(μg·g^-1)
Li	31.1±1.0
Be	3.33±0.08
Sc	15.7±0.3
V	121±2
Cr	193±4
Co	22.4±0.6
Ni	82.0±2.2
Cu	23.4±1.1
Zn	81.1±4.0
Ga	23.2±0.5
Rb	118±2.0
Sr	543±7.5
Y	25.4±0.5
Zr	310±7
Nb	36.6±0.5
Cs	4.03±0.10
Ba	934±12
La	39.2±1.0
Ce	84.1±1.4
Pr	9.69±0.23
Nd	38.7±1.5
Sm	7.43±0.22
Eu	1.82±0.04
Gd	6.00±0.13
Tb	0.82±0.02
Dy	4.47±0.10
Ho	0.84±0.04
Er	2.34±0.07
Tm	0.35±0.01
Yb	2.39±0.09
Lu	0.37±0.02
Hf	8.24±0.32
Ta	3.52±0.21
Pb	27.1±0.8
Th	30.8±1.1
U	4.86±0.15

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另外，还有一些元素的相对误差大于10%，如GBW 07113中的V、Cr；GBW 07120中的V、Co、Zn、Y、Zr、Cs、Hf、Ta、Pb；GBW 07123中的Y、Cs、Hf、Ta、Th、U；GBW 07124中的Y、Cs；GBW 07307中的Hf；GBW 07313中的Y、Nb；GBW 07314中的Nb、Th；GBW 07315中的Ta；GBW 07409中的Cu、Cs；GBW 07411中的Co、Cs、Th；GBW 07429中的Ta；GBW 07430中的Sm、Ta。这些元素在标准物质中的含量都很低，小于5 μg/g，对于上述这些元素测定值的准确性还有待于以后采用更高灵敏度且具有更低检出限的方法来定值。

3. 结语

本文采用密闭高温高压溶样ICP-MS测定方法对国家标准物质中的18种岩石、19种沉积物和19种土壤的36种痕量元素进行测定分析，结果表明绝大多数元素的测定值与参考值的相对误差都小于10%。对于相对误差大于10%的元素，本文获得的测定值与其他实验室和文献报道的测定值吻合得较好。据此，提出对我国国家标准物质中个别元素的参考值进行修正，同时给出了一些沉积物和土壤标准物质中没有参考值元素的测定值，对于那些低含量元素以及受干扰元素的测定值的准确性有待进一步的研究，使得这些国家标准物质能更有效地确保在地质样品日常分析测试中结果的准确性。

致谢: 感谢中国地质大学地质(武汉)地质过程与矿产资源国家重点实验室胡兆初教授和中国科学院地质与地球物理研究所张艳斌副研究员在分析测试方面给予的帮助。

图 1 18种岩石标准物质36种元素的相对标准偏差

Figure 1. The RSD of 36 elements in 18 rock standard materials

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图 2 国家标准物质稀土元素球粒陨石标准化(其中灰色的线为参考值；黑色线本文测试结果)

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表 1 ICP-MS仪器工作参数

Table 1 Operation parameters for ICP-MS

工作参数	条件
射频功率	1320 W
雾化气流速	0.92 L/min
辅助气流速	0.15 L/min
样品提升量	200 μL/min
数据采集方式	跳峰
每个质量峰测定点数	1
每点测定时间	30 ms
扫描次数	3

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表 2 基体匹配标准溶液

Table 2 Matrix-matched standard solutions

元素	ρ_B/(ng·mL^-1)
元素	标准1	标准2	标准3
Ba, Sr	500	100	20
V, Rb, Zr, Ce	250	50	10
Cr, Cu, Zn, Nd, La	100	20	4
Co, Ni, Pb, Li	50	10	2
Sc, Th, Ga, Y, Pr, Sm, Gd, Nb	25	5	1
Cs, Hf	10	2	0.4
Dy, Er, Yb, U	5	1	0.2
Be, Lu, Tb, Ho, Tm, Eu, Ta	2.5	0.5	0.1

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表 3 标准物质不同实验室分析结果对比

Table 3 Analytical results of elements in National Standard Reference Materials from different laboratories

标准物质编号	元素	测定值 w_B/(μg·g^-1)
标准物质编号	元素	L	H	Z	Q	参考值
GBW 07103	Cr	2.38	-	-	2.19	3.6
	Ni	1.64	1.02	1.28	1.35	2.3
	Cu	2.49	2.06	-	-	3.2
	Y	68.7	72.1	70.4	67.8	62
GBW 07104	Li	20.4	-	-	22.6	18.3
	Nb	5.72	5.91	-	5.46	6.8
	Cs	1.72	1.73	1.68	1.63	2.3
	Tb	0.33	0.34	0.33	0.35	0.41
	Tm	0.11	0.11	0.12	0.12	0.15
	Yb	0.73	0.73	-	0.75	0.89
	Hf	2.52	2.52	2.46	2.71	2.9
	Ta	0.35	0.38	-	0.37	0.4
GBW 07105	Li	10.9	-	-	10.9	9.5
	Nb	76.3	-	-	75.8	68
	Cs	0.45	0.49(8)^①	-	0.45	0.7
	Tm	0.23	0.23(8)^①	-	0.26	0.28
	Yb	1.25	1.27(8)^①	-	1.3	1.5
	Pb	4.7	4.65(8)^①	-	4.75	7
GBW 07106	V	29.1	30.5	27.6	-	33
	Zn	17.6	-	-	17.2	20
	Nb	4.97	5.43	-	5.33	5.9
	Cs	1.38	1.43	1.35	1.4	1.8
	Pr	4.8	5.07	4.9	4.97	5.4
	Tb	0.68	0.73	0.66	0.65	0.79
	Tm	0.28	0.28	0.28	0.25	0.32
	Lu	0.26	0.27	0.26	0.24	0.3
	Hf	5.56	5.31	5.56	5.95	6.6
GBW 07107	Ta	0.86	-	-	0.82	1
GBW 07108	Li	26	21.5	27.8	27.2	20
	Co	10.6	10.4	10	9.38	9
	Ni	22.4	20.4	21.3	20.4	18
	Zn	45.9	47.5	48.3	49.6	52
	Cs	2.8	2.89	2.79	2.74	3.2
	Tb	0.29	0.31	0.3	0.31	0.35
	Er	0.95	0.95	0.98	0.95	1.1
	Tm	0.14	0.14	0.14	0.14	0.17
	Pb	15.8	16	14.3	16.9	18
GBW 07109	Li	39.2	34.4	40.2	-	32.9
	Sc	4.09	3.29	3.48	-	2.22
	Y	28.6	28.3	29.9	-	24.7
	Nb	74.8	83.4	78.2	-	66.9
	Tm	0.4	0.41	0.4	-	0.46
	U	16.6	17.4	18.2	-	14.6
GBW 07110	Y	32.3	32	32.3	-	28
GBW 07111	Be	1.85	1.7	-	-	2.11
	Sc	11.6	11	12.1	-	10.3
	Cr	41.6	40.5	-	-	37.6
	Ni	27.6	26.2	27.7	-	24.4
	Cu	10.2	-	10.4	-	8.8
	Y	18.1	17.3	18	-	15.5
	Pb	17.7	17.4	16.6	-	19.8
GBW 07112	Li	1.34	1.21	-	-	1.94
	Be	0.16	0.15	-	-	0.98
	Cr	16.1	15.7	-	-	14.5
	Ni	78.5	94.1	73.1	-	69
	Cu	44.2	35.6	36.8	-	28.3
	Zn	140	133	133	-	118
	Rb	2.81	1.77	2.96	-	4.79
	Y	5.5	5.3	5.5	-	4.9
	Zr	22.2	20.9	-	-	29
	Nb	4.53	4.65	4.42	-	9.3
	Cs	0.07	0.06	0.06	-	0.17
	Pr	0.74	0.76	-	-	0.84
	Er	0.52	0.52	0.59	-	0.47
	Tm	0.066	0.067	0.075	-	0.09
	Hf	0.78	0.79	0.93	-	0.65
	Pb	0.91	0.89	-	-	5.16
	Th	0.11	0.11	0.08	-	0.28
	U	0.028	0.027	-	-	0.086
GBW 07114	Be	0.076	0.066		-	0.22
	Co	5.08	6.19	4.61	-	3.88
	Zr	1.16	1.28	-	-	3
	Nb	0.1	0.1	-	-	2.77
	Cs	0.06	0.05	0.06	-	0.07
	Pr	0.33	0.35	-	-	0.44
	Nd	1.23	1.21	-	-	1.39
	Gd	0.24	0.24	-	-	0.18
	Dy	0.22	0.22	0.21	-	0.19
	Er	0.12	0.12	-	-	0.09
	Hf	0.037	0.035	-	-	0.1
	Ta	0.01	0.03	-	-	0.18
	Pb	2	1.72	2.96	-	4.44
	U	0.12	0.12	-	-	0.16
GBW 07122	Li	12.9	-	12.5	-	11
	Be	0.42	0.39	-	-	0.34
	Rb	26.7	25.5	27.8	-	30
	Y	23.2	23.1	23.7	-	20
	Ba	51.2	47.6	44.9	-	62
	Eu	0.82	0.83	-	-	0.92
	Gd	3.02	3.07	3.51	-	2.7
	Pb	3.72	3.62	-	-	9
GBW 07125	Be	1.12	0.95	-	-	1.3
	Co	0.98	0.94	1.0	-	1.5
	Zr	29.3	28.5	-	-	22.6
	Cs	1.36	1.43	1.33	-	1.8
	U	0.35	0.36	-	-	0.75
GBW 07302	V	14.5	-	-	14.2	16.5
	Eu	0.37	-	-	0.31	0.49
	Pb	42.9	-	-	43.4	32
GBW 07303	La	34.6	-	-	35.6	39
GBW 07303	Pr	7.22	-	-	7.51	8.3
GBW 07304	Pr	8.29	-	-	8.44	9.3
	Tb	0.79	-	-	0.79	0.9
	Er	2.8	-	-	2.93	2.5
	Lu	0.41	-	-	0.43	0.47
	Hf	4.86	-	-	5.08	5.8
	U	2.98	-	-	3.16	2.6
GBW 07305	U	3.15	-	-	3.17	2.6
GBW 07306	Nb	10	-	-	10.1	12
	Gd	4.85	-	-	5.03	5.5
	Hf	4.14	-	-	4.51	4.9
GBW 07307	Ni	58.7	-	-	58.3	53
	Cs	4.82	-	-	4.89	5.9
	Er	2.62	-	-	2.44	2.3
GBW 07308	Ni	2.31	-	-	2.53	2.7
	Cu	5.13	-	-	4.94	4.1
	Cs	3.22	-	-	3.22	3.6
	La	25.8	-	-	27.2	30
	Tb	0.47	-	-	0.48	0.54
	Ho	0.61	-	-	0.62	0.9
	Tm	0.29	-	-	0.31	0.33
	Lu	0.32	-	-	0.34	0.38
	Hf	12.1	-	-	13.4	14.5
	U	3.37	-	-	3.31	3
GBW 07310	Cs	1.9	-	-	1.97	2.3
	Ba	35.3	-	-	37.7	42
	Pr	2.66	-	-	2.91	3.2
	Tb	0.33	-	-	0.36	0.42
	Ta	0.36	-	-	0.41	0.5
GBW 07312	Tb	0.71	-	-	0.73	0.82
GBW 07312	Ta	0.36	-	-	0.41	0.52
GBW 07301a	Be	3.53	3.22	-	-	2.9
	Y	25.6	24.2	25.6	-	22.0
	U	5.15	5.5	5.71	-	4.6
GBW 07317	V	16.4	16.1	14.9	-	20
	Ni	4.83	4.15	4.59	-	3
	Tm	0.15	0.15	0.16	-	0.13
	U	0.83	0.89	-	-	0.7
GBW 07318	Be	7.3	6.56	-	-	5.7
	Y	41.9	40.5	43.8	-	34
	U	3.6	3.75	3.96	-	3
GBW 07401	Ta	1.2	-	-	1.25	1.4
GBW 07402	Ga	16.5	-	-	14.8	12
	Tm	0.3	-	-	0.31	0.42
	Ta	0.62	-	-	0.68	0.78
GBW 07403	Cs	2.62	-	-	2.61	3.2
GBW 07403	Ta	0.64	-	-	0.65	0.76
GBW 07404	Cu	44.9	-	-	43	40
GBW 07405	Li	62	-	-	64.9	56
GBW 07405	Tb	0.56	0.57(7)^②	-	0.56	0.7
GBW 07406	Co	6.59	-	-	6	7.6
	Ba	105	-	-	102	118
	Nd	18.36	-	-	19.9	21
	Tb	0.48	-	-	0.49	0.61
	Dy	2.97	-	-	3.08	3.3
	Er	1.93	-	-	1.88	2.2
	Tm	0.32	-	-	0.31	0.4
	Lu	0.36	-	-	0.39	0.42
GBW 07408	Li	40.5	-	-	40.6	35
GBW 07408	Y	28.8	-	-	28.7	26
GBW 07423	Y	29.4	28.7	30.5	-	25
GBW 07423	U	2.54	2.6	2.62	-	2.1
GBW 07424	Zn	55.9	56.7	57.1	-	64
GBW 07424	Ta	1.09	1.19	-	-	1.3
GBW 07425	Lu	0.37	0.37	0.37	-	0.41
GBW 07425	Ta	0.93	0.99	-	-	1.05
注：L—本文给出的测定值；H—中国地质大学(武汉)地质过程与矿产资源国家重点实验室的测定值；Z—中国科学院地质与地球物理研究所的测定值；Q—参考文献[9的测定值；标注①、②的数据是参考文献[7和[8的测定值；“-”表示未检出。

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表 4 标准物质GBW 07301中36种元素的参考值

Table 4 The proposed values of 36 trace elements in National Standard Reference Material GBW 07301

元素	参考值w_B/(μg·g^-1)
Li	31.1±1.0
Be	3.33±0.08
Sc	15.7±0.3
V	121±2
Cr	193±4
Co	22.4±0.6
Ni	82.0±2.2
Cu	23.4±1.1
Zn	81.1±4.0
Ga	23.2±0.5
Rb	118±2.0
Sr	543±7.5
Y	25.4±0.5
Zr	310±7
Nb	36.6±0.5
Cs	4.03±0.10
Ba	934±12
La	39.2±1.0
Ce	84.1±1.4
Pr	9.69±0.23
Nd	38.7±1.5
Sm	7.43±0.22
Eu	1.82±0.04
Gd	6.00±0.13
Tb	0.82±0.02
Dy	4.47±0.10
Ho	0.84±0.04
Er	2.34±0.07
Tm	0.35±0.01
Yb	2.39±0.09
Lu	0.37±0.02
Hf	8.24±0.32
Ta	3.52±0.21
Pb	27.1±0.8
Th	30.8±1.1
U	4.86±0.15

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参考文献(23)

王毅民,高玉淑,王晓红. 中国地质标准物质研制和标准方法制定的成果与思考[J].岩矿测试,2006,25(1): 55-62. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-YKCS200601013.htm

王毅民,王晓红,高玉淑,张学华,樊兴涛.中国地质标准物质制备技术与方法研究进展[J].地质通报,2010,29(7): 1090-1104. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-ZQYD201007019.htm

鄢明才,王春书.地质标准物质的回顾与展望[J].物探与化探,1995,19(2): 96-103. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-WTYH502.002.htm

高玉淑,王晓红,王毅民.中国地质标准物质的研制与应用[J].地球学报,2000,21(1): 103-109. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-DQXB200001015.htm

王毅民,高玉淑,韩慧明,王晓红.实用地质分析标准物质手册[M].北京:地质出版社,2003: 1-206.

Qi L, Grégoire D C. Determination of trace elements in twenty six Chinese geochemistry reference materials by inductively coupled plasma-mass spectrometry [J]. Geostandards and Geoanalytical Research,2000, 24(1): 51-63. doi: 10.1111/ggr.2000.24.issue-1

王荔,杨雁泽,林守麟.土壤、沉积物系列标准物质中38种元素的ICP-MS定值[J].分析测试学报, 2002, 21(5): 9-12. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-TEST200205002.htm

刘颖,刘海臣,李献华.等离子体质谱测定岩石标准物质中痕量元素——对某些元素定值的探讨[J].岩矿测试,1998,17(2): 112-116. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-YKCS802.005.htm

李冰,尹明.感耦等离子体质谱法进展[J].岩矿测试,1995,14(4): 254-273. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-YKCS504.003.htm

李冰,杨红霞.电感耦合等离子体质谱原理和应用[M].北京:地质出版社,2005: 1-269.

王小如.电感耦合等离子体质谱应用实例[M].北京:化学工业出版社,2005: 1-303.

尹明,符廷发,袁玄晖.等离子体质谱法测定地质样品中的痕量稀土元素的研究[J].岩矿测试,1989,8(2): 81-86. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-YKCS198902000.htm

胡圣虹,陈爱芳,林守麟,袁洪林,高山.地质样品中40个微量,痕量,超痕量元素的ICP-MS分析研究[J].地球科学,2000,25(2): 186-190. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-DQKX200002014.htm

李冰,马新荣,杨红霞,何红蓼.封闭酸溶-电感耦合等离子体原子发射光谱法同时测定地质样品中硼砷硫[J].岩矿测试,2003,22(4): 241-247. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-YKCS200304001.htm

江冶,陈素兰.电感耦合等离子体质谱法分析土壤及沉积物中的32个微量元素[J].地质学刊,2010,34(4): 415-418. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-JSDZ201004024.htm

胡兆初,高山,柳小明,袁洪林,刘晔,第五春荣.密闭高温高压溶样ICP-MS测定24个国际地质标准样品中的Sb和Bi[J].光谱学与光谱分析,2007,27(12): 2570-2574.

胡圣虹,林守麟,刘勇胜,高山.等离子体质谱法测定地质样品中痕量稀土元素的基体效应及多原子离子干扰的校正研究[J].高等学校化学学报,2000,21(3): 368-372. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-GDXH200003009.htm

刘晔,柳小明,胡兆初,第五春荣,袁洪林,高山. ICP-MS测定地质样品中37个元素的准确度和长期稳定性分析[J].岩石学报,2007,23(5): 1203-1210. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-YSXB200705035.htm

李冰,尹明.电感耦合等离子体质谱法测定生物样品中超痕量稀土时氧化物干扰的研究[J].岩矿测试,2000,19(2): 101-105. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-YKCS200002004.htm

Rollinson H. Using geochemical data: Evaluation,presention, interpretation[M].London：Longman Scientific & Technical, 1993: 1-352.

Zhang W,Hu Z C,Liu Y S,Chen L,Chen H H,Li M, Hu S H,Gao S. Reassessment of HF/HNO₃ decomposition capability in high pressure digestion of felsic rocks for multi-element analysis by ICP-MS[J]. Geostandards and Geoanalytical Research, 2012, 36(3): 271-289. doi: 10.1111/j.1751-908X.2012.0156.x

姜劲锋,徐鸿志,郭伟,柳小明,胡圣虹.Li₂B₄O₇熔融玻璃-激光剥蚀等离子体质谱法测定水系沉积物国家标准定值样品中微量元素[J].岩矿测试,2007,26(3): 171-175.

Raczekl I, Jochum K P, Hofmann A W.Neodymium and strontium isotope data for USGS reference materials BCR-1,BCR-2, BHVO-1, BHVO-2, AGV-1, AGV-2, GSP-1, GSP-2 and eight MPI-DING reference glasses [J]. Geostandards and Geoanalytical Research,2003,27(2): 173-179. doi: 10.1111/ggr.2003.27.issue-2

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1. 实验部分
1.1 仪器与主要试剂
1.2 样品前处理
1.3 标准溶液及仪器灵敏度漂移校正
2. 结果与讨论
2.1 标准物质分析的精密度
2.2 标准物质分析的准确度
2.3 标准物质参考值的修正
2.4 标准物质的定值建议
3. 结语

密闭高温高压溶样ICP-MS测定56种国家地质标准物质中的36种痕量元素——对部分元素参考值修正和定值的探讨

通讯作者: 第五春荣，博士，主要从事前寒武纪地质及同位素年代学研究。E-mail： diwuchunrong@163.com

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