車載X射線熒光光譜法與便攜式液體陰極輝光放電光譜法

鉀鹽作為農用鉀肥的生產原料,是我國緊缺的大宗戰略礦產之一,急需勘探鉀鹽礦的巨大突破。我國國內的鉀鹽礦床主要分布在西部偏遠地區以及南部山川地區,這些地域人煙稀少,路途遙遠,從樣品采集到得到分析數據需要耗費大量的時間,而且也要消耗巨大的人力、物力和財力。同時,這些地區大多為高原區,野外工作周期短,一些需要現場決策的問題無法得到及時的數據支持,極大地影響了勘查找礦工作的效率和效果。因此,迫切需要研究、開發現場快速分析技術手段。通常采用的分析鉀鹽方法主要有電感耦合等離子體質譜法及發射光譜法、原子吸收光譜法、火焰光度法等大型儀器,需要載氣、燃氣和助燃氣等條件；傳統分析方法中的重量法、容量法、電化學方法等,因操作繁瑣,測定周期長,均達不到現場快速分析的目的。能量色散X射線熒光光譜儀具有結構緊湊、體積小、對分析環境要求低、多元素同時分析、靈敏度高、速度快、可直接測定固體與液體樣品等優勢,已在資源勘查現場分析中得到廣泛應用。大氣壓液體輝光放電光譜法是正在發展的新的測試技術,對于Li等堿金屬具有很高的靈敏度,可以彌補能量色散X射線熒光光譜技術無法分析Li元素的缺陷；且采用CCD光譜儀組件,可實現儀器的便攜化。本文以這兩項技術為依托,開展了鉀鹽鉆井液中K、Br、Rb、Sr等元素的現場分析方法開發與應用,研究了鋰輝石樣品中Li的快速分析方法。1)針對鉀鹽鉆探過程中,鉆井液中K、Br、Rb、Sr等指示元素的快速分析需求,應用Spectro XEPOS臺式偏振激發能量色散X射線熒光光譜儀,建立了液體樣品中K、Br、Rb、Sr的分析方法,四個元素的標準曲線相關性均大于0.9982,K的檢測范圍50～4000μg/mL,Rb的檢測范圍2～150μg/mL,Br和Sr的檢測范圍1～200μg/mL,方法的精密度優于1.28%,加標回收率在86.58%-98.06%,適合用于鹵水或者泥漿樣品的檢測。在江陵凹陷野外鉀鹽科探井鉆探過程中,應用該法對深度200m-800m區間的部分樣品進行了現場檢測,樣品測量結果與實驗室ICP-AES結果基本一致。對泥漿失水和靜置兩種獲取清液的處理方式進行了比較,表明兩者可以得到一致性比較好的分析結果。對比了泥漿與對應深度的巖屑中4個元素的含量變化,數據表明,泥漿可以有效反映巖層成分的變化趨勢,為鉆井決策提供有效的技術支持。2)利用作者所在項目組自行研發的便攜式大氣壓液體陰極輝光放電光譜儀,建立了Li、K、Rb、Cs等元素的分析方法,討論了積分時間、增益等參數影響,確定了實驗條件,四個元素的標準曲線相關系數均大于0.9973,Li與K的方法檢出限為0.03μg/mL, Rb與Cs的方法檢出限分別為0.57μg/mL和0.55μg/mL。利用該法分析了經氟化氫銨溶解的鋰輝石樣品中的Li和K兩種元素,發現樣品溶液的基體效應嚴重影響檢測結果,采用非基體匹配的校準曲線無法得到準確的分析數據,而采用標準加入法得到的結果則大大改善了分析的準確度,測定數據與ICP-AES比較一致。采用液體陰極輝光放電光譜法分析鋰輝石樣品未見文獻報導。由于儀器體積小、重量輕、功耗低、對環境條件要求低,本方法可應用于野外現場鋰輝石樣品的檢測,也可延伸至鹵水樣品中Li的分析。