測定極地雪冰中痕量元素總濃度的樣品前處理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于冰川冰芯中痕量元素研究的技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種對冰芯樣品痕量元素 總濃度測試之前的樣品前處理方法。
[0002]
【背景技術(shù)】
[0003] 冰芯中痕量元素包含了氣候和環(huán)境變化信息。文獻(xiàn)佑aspariV，BarbanteC， CozziG,etal.Atmosphericironfluxesoverthelastdeglaciation:climatic implications.GeophysResLett, 2006,33 (X03704)doi:03710.01029/02005GL024352 )通過對南極冰芯中痕量元素Fe的研究發(fā)現(xiàn)：Fe元素通量與氣候變化有關(guān)。文獻(xiàn)中測定 了來自南極DomeA冰芯的166個(gè)樣品，發(fā)現(xiàn)了可溶性化元素通量從末次冰期冰盛期時(shí)期 24Xl〇-2mg化m-2yr-i到全新世開始時(shí)0. 7Xl〇-2mg化m-2yr-i的一個(gè)降低過程。 因而冰芯中化的可溶性濃度和總濃度對于研究不同氣候時(shí)期粉塵的源區(qū)具有重要意義。
[0004] 為了獲得冰芯痕量元素總濃度，首先需要將冰芯不溶微粒進(jìn)行處理，通過將其消 解轉(zhuǎn)化成溶液后，再利用電感禪合等離子體質(zhì)譜儀（ICP-MS)測試其中的痕量元素濃度，從 而獲得痕量元素總濃度。
[0005] 關(guān)于極地及山地冰川雪冰中痕量元素總濃度的測試方法僅見Ruthetal(2008) 報(bào)道的關(guān)于南極冰芯樣品中痕量元素總濃度樣品處理方法。該方法直接取ImL樣品，在樣 品中加超純硝酸和氨氣酸各0.3mU在微波消解儀中消解后利用ICP-MS測試痕量元素濃 度，從而獲得痕量元素總濃度。該方法的優(yōu)點(diǎn)是樣品直接消解后進(jìn)行測試。但該方法只能 適用于測試環(huán)境的潔凈度好于100級的環(huán)境，而且要求ICP-MS儀器的靈敏度很高，即對于 Ing/gIn信號強(qiáng)度為10E6cps才可W利用該個(gè)方法。除此之外，該方法并沒有給出流程空白 值，因而利用該方法獲得的一些氣候時(shí)段痕量元素總濃度反而低于樣品被酸化到抑=1時(shí) 的痕量元素的濃度。從上述可W看出；Ruthetal(2008)報(bào)道南極冰芯樣品中痕量元素總 濃度樣品處理方法只有儀器的靈敏度很高，而流程空白又非常低時(shí)才可W參考使用。如果 方法的流程空白較高，則不適合利用該方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 針對現(xiàn)有雪和冰中痕量元素總濃度測試出現(xiàn)的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種 極地雪和冰中痕量元素總濃度測試的樣品前處理方法。針對雪和冰中不溶微粒含量在微 克級別的樣品，采用蒸發(fā)過程富集不溶微粒，再加入一定量的超純酸，在一定時(shí)間和溫度下 消解不溶微粒，將不溶微粒轉(zhuǎn)化成溶液后，進(jìn)而利用高分辨ICP-MS測試其中的目標(biāo)痕量元 素，從而開展極地雪和冰芯不溶微粒中痕量元素總濃度的測試，了解其包含的氣候和環(huán)境 信息。
[0007] 本發(fā)明的目的是該樣實(shí)現(xiàn)的： 一種雪和冰中痕量元素總濃度的樣品前處理方法，其步驟是： a.將溶化后的雪和冰樣品和超純水樣品（即空白樣品）分別轉(zhuǎn)移至PTFE燒杯中，燒杯 放置在15CTC-17CTC的電熱板上恒溫蒸發(fā)樣品，當(dāng)樣品量蒸發(fā)至小于5mL時(shí)，將其轉(zhuǎn)移至 PT陽消解罐中，繼續(xù)蒸發(fā)樣品至1. 9-2 . 1血； b. 向PT陽消解罐中加入超純HN03和HF，置于溫度為18(TC-195C的烘箱中消解11h-13h樣品，然后將消解罐從烘箱中取出； C.將消解罐置放在15(TC-17(rC電熱板上加熱，使罐內(nèi)溶液蒸發(fā)至近干(約0.5mL)， 再向消解罐內(nèi)加入0. 2mLHN〇3,繼續(xù)蒸發(fā)近干，重復(fù)兩次； d.待消解罐冷卻后加入超純水、內(nèi)標(biāo)In,稱重，最后上機(jī)測試，經(jīng)過換算后獲得雪冰中 痕量元素總濃度。
[000引本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)： 1、與Ruth et al (2008)提出的方法相比，本方法通過樣品蒸發(fā)濃縮，將樣品體積縮小 后，再往其中添加超純HN03和HF。濃縮后的樣品中單位體積的不溶微粒的含量增加，單位 體積的痕量元素含量也相對增加，酸的用量相對減少。本方法提高了痕量元素的相對含量， 所W流程空白值相對于痕量元素的含量較小，提高了對一些痕量元素濃度接近于流程空白 值的樣品的測試能力。
[0009] 2、本方法是針對雪冰中不溶微粒含量在幾十個(gè)微克/克建立的。同樣適用于不溶 微粒含量更高的雪冰樣品。對于后者，需要蒸發(fā)的樣品量相應(yīng)減小，蒸發(fā)時(shí)間縮短。
【附圖說明】
[0010] 圖1為基于±壤標(biāo)準(zhǔn)參考物質(zhì)GSS-9獲得的痕量元素測定值和參考值之比，用于 評價(jià)消解效率。
[0011] 圖2為置于電熱板上燒杯和消解罐下面的PT陽環(huán)形墊圈。
【具體實(shí)施方式】
[0012] 下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明的技術(shù)方案再作進(jìn)一步的說明： 一種極地雪和冰中痕量元素總濃度的樣品前處理方法，其步驟是： a.將溶化后的雪和冰樣品約150血中約100血水樣先轉(zhuǎn)移至100血PT陽燒杯中，同 時(shí)準(zhǔn)備好約100血超純水于100血PT陽燒杯中（即空白樣品，也被當(dāng)做雪冰樣品處理)，兩 者置于電熱板上，將溫度設(shè)定為16(TC，緩慢蒸發(fā)樣品，隨著樣品被蒸發(fā)減小，將剩余樣品轉(zhuǎn) 移到燒杯中繼續(xù)蒸發(fā)，當(dāng)樣品量蒸發(fā)至約3mL時(shí)，將其轉(zhuǎn)移至lOmLPTFE消解罐中，再用約 1至2血純水將燒杯內(nèi)殘存樣品溶液沖洗3次至PT陽消解罐中，繼續(xù)蒸發(fā)樣品量至2血； b. 向PT陽消解罐中加入超純HN03和HF各0. 3血，19(TC下消解12h，并將消解罐從 烘箱中取出； C.將消解罐置于16(TC電熱板上加熱，使罐內(nèi)溶液蒸發(fā)至約0.5 111以再向消解罐內(nèi)加 入歴〇3,繼續(xù)蒸發(fā)至約0. 5血，重復(fù)兩次； d.冷卻后加入1. 8血超純水、內(nèi)標(biāo)In元素，使得In在樣品中的濃度在Ing/mL左右 (該里添加的超純水和內(nèi)標(biāo)元素的量是針對格陵蘭樣品制定的，而對于痕量元素濃度較高 的青藏高原雪冰樣品，測試前添加的超純水量可W適當(dāng)增加，而內(nèi)標(biāo)In元素濃度始終在 Ing/血左右），稱重獲取測試前樣品質(zhì)量，最后在高分辨ICP-MS儀器上采用外標(biāo)法測試待 測元素濃度。將測得的濃度經(jīng)過如下公式換算后獲得雪冰中痕量元素總濃度： ((Cm-Cbik)*M2)/Mi=CT Cm-雪冰樣品測定濃度（ng/mL)，Cb。-空白樣品的測定濃度（ng/mL)，Ct-總濃度（ng/mL)，Ml-參加消解的樣品量（g)，M2-測試前樣品量（g)。
[0013]W格陵蘭肥EM冰芯44號樣中的化為例，對樣品前處理到測試結(jié)果的換算給于進(jìn) 一步的說明如下： 將該樣品158. 23g在電熱板上進(jìn)行恒溫蒸發(fā)，蒸發(fā)和消解程序按照上面"實(shí)施方式"中 描述的進(jìn)行。測試之前樣品量為2. 13g，將樣品引入ICP-MS中測試，得到化的濃度測試值 為78. 7ng/g，減去流程空白值18. 9ng/g后，化的實(shí)際濃度為59. 8ng/g。將此值換算到參 加蒸發(fā)的樣品量中，則化的濃度為；59. 8*2. 13/158. 23=0. 8ng/g，即為樣品中化的總濃度。
[0014] 為了考察該方法的準(zhǔn)確性（即該方法能否使雪冰中不溶微粒完全消解，從而能測 定總濃度)，利用±壤標(biāo)準(zhǔn)參考物質(zhì)(±壤標(biāo)準(zhǔn)參考物質(zhì)中包含所有待測元素，取樣Img左右 時(shí)取樣量大于雪冰中不溶微粒的含量，如果±壤標(biāo)準(zhǔn)參考物質(zhì)完全消解，那么也可W證明 雪冰中不溶微粒已經(jīng)完全消解）對方法的準(zhǔn)確度進(jìn)行了考察。稱取標(biāo)準(zhǔn)±壤樣品洪澤湖積 物GBW07423 (GSS-9)Img左右于消解罐中，加入高純硝酸和氨氣酸各0.3血，消解過程同 上，測試其中51'、83、化、41、化、1'1、111^6、〇1共9種痕量元素的總濃度。圖1是測試值和 標(biāo)準(zhǔn)參考值之比。（表1中例出具體的測試值和參考值)從圖1可W看出Sr、Ba、Pb、AlXa、 Ti、Mn、Fe、化大部分元素總濃度的測試值和參考值之比在1附近。說明該方法是可行的， 且準(zhǔn)確度較高。
[0015] 表1基于±壤標(biāo)準(zhǔn)參考物質(zhì)（GSS-9)的準(zhǔn)確度試驗(yàn)
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種極地雪和冰中痕量元素總濃度的樣品前處理方法，其步驟是： a. 將溶化后的痕量元素樣品和超純水樣品，即空白樣品，分別轉(zhuǎn)移至PTFE燒杯中，燒 杯放置在150°C _170°C的電熱板上恒溫蒸發(fā)樣品，當(dāng)樣品量蒸發(fā)至小于5mL時(shí)，將其轉(zhuǎn)移至 PTFE消解罐中，繼續(xù)蒸發(fā)樣品至1. 9-2 . ImL ; b. 向PTFE消解罐中加入超純HNO3和HF，置于溫度為180°C _195°C的烘箱中消解11 h-13 h樣品，然后將消解罐從烘箱中取出； c. 將消解罐置放在150°C-170°C電熱板上加熱，使罐內(nèi)溶液蒸發(fā)至近干0.5 mL，再向 消解罐內(nèi)加入0. 2mLHN03，繼續(xù)蒸發(fā)近干，重復(fù)兩次； d. 待消解罐冷卻后加入超純水、內(nèi)標(biāo)In，稱重，最后上機(jī)測試，經(jīng)過換算 后獲得雪冰中痕量元素總濃度。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種極地雪和冰中痕量元素總濃度的樣品前處理方法。首先將其中的不溶微粒樣品消解，本發(fā)明采用亞沸蒸發(fā)濃縮過程富集不溶微粒，再通過加入一定量的超純酸，在一定溫度和時(shí)間下消解不溶微粒，將不溶微粒轉(zhuǎn)化成溶液后，進(jìn)而利用ICP-MS測試其中的目標(biāo)痕量元素濃度。通過蒸發(fā)濃縮縮小體積，不溶微粒的含量相對于縮小后的樣品體積增加，其中痕量元素含量也相對增加，從而流程空白相對于痕量元素的含量較小，使得不溶微粒含量在微克級別的樣品中痕量元素總濃度的測試成為可能。從而為開展極地和偏遠(yuǎn)地區(qū)雪和冰芯中痕量元素總濃度包含的氣候和環(huán)境信息提供了技術(shù)支撐。
【IPC分類】G01N1-28
【公開號】CN104880341
【申請?zhí)枴緾N201410074074
【發(fā)明人】李月芳, 熊隆飛, 高新生
【申請人】中國科學(xué)院寒區(qū)旱區(qū)環(huán)境與工程研究所
【公開日】2015年9月2日
【申請日】2014年2月28日