快速程序升温-石墨炉原子吸收光谱法测定地质样品中痕量镉
Determination of Trace Cadmium in Geological Samples by Rapid Temperature Programming-Graphite Furnace Atomic Absorption Spectrometry
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摘要: 建立了快速程序升温-石墨炉原子吸收光谱测定地质样品中痕量镉的分析方法。样品用硝酸-氢氟酸-高氯酸进行前处理,为提高分析效率,改进了石墨炉升温程序,省去了常规方法中的灰化步骤,使测定镉的程序升温时间由常规的90~100 s降至24 s,工作效率显著提高。方法检出限为0.011 μg/g,加标回收率为93.5%~106.0%。方法测定结果准确可靠,与传统分析方法结果一致,应用于1∶200000化探样品和多目标土壤地质调查项目样品的测定,取得了满意的结果。
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关键词:
- 镉 /
- 地质样品 /
- 石墨炉原子吸收光谱法 /
- 快速程序升温
Abstract: A method was established to determine trace cadmium in geological samples by rapid temperature programming-graphite furnace atomic absorption spectrometry. In order to enhance the analytical efficiency, temperature program of graphite furnace atomization was improved by omitting the ashing step, which resulted in shortening the analysis period from 90-100 s to 24 s. The detection limit of the method was 0.011 μg/g for Cd and the recovery was 93.5%-106.0%. The method has been applied to the determination of trace Cd in 1∶200000 geochemical exploration samples and multi-purpose regional geochemical survey samples with satisfactory results.-
Keywords:
- cadmium /
- geological /
- samples /
- graphite
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红磷锰铍石(Väyrynenite)，化学式为Mn2+[BePO4(OH, F)]，是一种十分罕见的含铍磷酸盐矿物[1]。红磷锰铍石最早发现于芬兰的Viitaniemi地区[2]，目前仅在芬兰、中国等少数地区的花岗伟晶岩中发现[2-8]。红磷锰铍石与绿柱石具有同构型，是岩浆演化过程中铍矿物相结晶与演化的重要指示矿物[1]，同时也是一种稀有的宝石[8]。
江西西北部是中国重要的铌钽铍锂稀有金属成矿区之一[9]，九岭成矿带甘坊岩体钽、铌、锂、铷、铯等稀有金属品位较高，以往只是作为含锂瓷石矿开采，近年来随着关键金属找矿勘查，甘坊岩体稀有金属成矿作用受到广泛关注。
作者项目组对江西九岭成矿带甘坊岩体宜丰等地的含稀有金属花岗岩开展野外调查工作时，在圳口里的钠长石化白云母花岗岩中发现一种粉红色矿物(图 1)。因红磷锰铍石矿物较为稀有，故没有选择湿法化学分析，实验中通过手标本和镜下观察，综合运用电子探针(EPMA)、激光剥蚀电感耦合等离子体质谱(LA-ICP-MS)、激光拉曼光谱和单晶X射线衍射分别对矿物的化学成分、拉曼光谱特征和晶体结构进行分析测试。单晶X射线衍射在中南大学地球科学与信息物理学院完成，其余实验均在东华理工大学核资源与环境国家重点实验室完成。
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图 1 江西甘坊岩体红磷锰铍石(a)手标本照片和(b)矿物颗粒照片Figure 1. (a) Specimen photo and (b) mineral grain photo of Väyrynenite in Ganfan granite body, Jiangxi Province江西甘坊岩体中的红磷锰铍石(图 1a)，以单晶体矿物颗粒分布于钠长石化白云母花岗岩中，呈现半自形产出，边上有大量黑色物质。粉红色，条痕白色，玻璃光泽，莫氏硬度与小刀相当，在5.0~5.5之间。切出小块单矿物颗粒制成矿物靶，镜下观察矿物晶体透明(图 1b)。电子探针分析表明该矿物主要成分是P2O5、MnO、FeO，其中w(P2O5)为34.92%~38.57%，w(MnO)为30.70%~35.57%，w(FeO)为0.94%~1.64%。由于本次所用的电子探针不能对Be和H2O进行定量分析[10]，因此Be的含量采用LA-ICP-MS进行分析，H2O+的含量依据矿物理论成分计算。w(BeO)为19.89%~20.03%，还有少量CaO、Na2O、K2O、Al2O3等，H2O+的含量以理论成分5.12%计算，总量为92.20%~100.54%。与芬兰、中国南平、巴基斯坦、瑞典、西班牙、俄罗斯等其他地区报道的红磷锰铍石的成分相近[2-8]，特别是与巴基斯坦宝石级的红磷锰铍石具有极高的相似性[8]。激光拉曼光谱谱图显示在1003cm-1和3217cm-1位置的特征峰(图 2)，分别代表了PO43- v1的对称拉伸和OH-的拉伸振动，与芬兰的红磷锰铍石一致[11]，其他弱峰不一致可能是元素成分上的差异导致。
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图 2 江西甘坊岩体红磷锰铍石的激光拉曼光谱谱图Figure 2. Laser Raman spectrum of Väyrynenite in Ganfan granite body, Jiangxi Province晶体结构分析使用中南大学地球科学与信息物理学院Rigaku XtaLAB Synergy单晶X射线衍射仪完成。实验条件为Mo Kα射线(λ=0.07107nm)，石墨单色器，晶体中心与Hypix6000检测器的距离35mm，管压50kV，管流1mA，帧曝光时间205s，获得晶胞参数：晶胞参数a=4.722Å，b=14.557Å，c=5.421Å，α=γ=90°，β=102.723(3)°，V=363.496Å3，Z=4，属于单斜晶系，空间群为P21/c，使用VESTA生成晶体结构模型(图 3)。
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图 3 江西甘坊岩体红磷锰铍石的矿物晶体结构Figure 3. Crystal structure of of Väyrynenite in Ganfan granite body, Jiangxi Province综上所述，可以确定甘坊岩体所发现的矿物确定为红磷锰铍石。花岗岩中红磷锰铍石的发现尚属首次。显然，进一步系统地研究该矿物的产出条件及分布规律，对研究铍的地球化学特征和铍矿物相结晶与演化无疑具有重要意义。
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