Анализ углеродистых геологических пород методами масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой и атомно-эмиссионной спектрометрии

• Автор: Аношкина, Юлия Валерьевна
• Шифр специальности: 02.00.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 172 с. : ил.

Введение
Глава I Теоретические основы применяемых методов и их место в практике аналитических исследований при анализе геологических объектов литературный обзор

1.1 Современное состояние аналитической химии исследуемых

объектов

1.2 Метод массспектромстрии с индуктивносвязанной плазмой

1.2.1 Теоретические основы метода

1.2.2 Матричное влияние

1.2.2.1 Спектральное матричное влияние

1.2.2.2 Неспектральное матричное влияние

1.2.3 Способы пробоподготовки при анализе горных пород

методом ИСПМС

1.2.3.1 Кислотное разложение
1.2.3.2 Разложение сплавлением и спеканием
1.2.3.3 Микроволновая интенсификация кислотного разложения проб
1.2.4 Роль ИСПМС в геохимии и аналитической химии
1.3 Атомноэмиссионная спектроскопия АЭС
1.3.1 Процессы возбуждения атомов и происхождение эмиссионных спектров
1.3.2 Теоретические основы метода
1.3.3 Основы количественного спектрального анализа
1.4 Заключение
Глава II Усовершенствование способов пробоподготовки при анализе углеродистых горных пород методом ИСПМС
2.1 Объекты анализа
2.1.1 Углеродистые горные породы
2.1.2 Анализируемые элементы
2.1.3 Объекты исследований
2.2 Реактивы и химическая посуда
2.3 Приборы и оборудование
2.3.1 Устройство массспектрометра с индуктивносвязанной
плазмой i i сх
2.3.2 Система микроволнового разложения i
2.4 Поиск эффективных путей вскрытия углеродистых геологических
2.4.1 Представительность навески
2.4.2 Кислотное разложение углеродистых горных пород согласно литературным данным
2.4.3 Изучение состава нерастворимого осадка в процессе кислотного разложения методом растровой электронной микроскопии с рентгеноспектральным микроанализатором РЭМ с РСМА
2.4.4 Изучение состава и характера преобразований нерастворимого осадка в процессе пробоподготовки методами
АЭС с МАЭС и ИКС
2.4.5 Сорбционная способность образующегося осадка
2.4.6 Исследование влияния термической обработки углеродистых пород на извлечение элементовпримесей
2.4.7 Исследование элементноструктурных изменений в черных сланцах путем предварительного обжига методами атомноэмиссионной и ИКспектроскопии
2.4.8 Определение оптимальной навески
2.4.9 Усовершенствование схемы кислотного разложения
2.5 Интенсификация пробоподготовки окислительными добавками
2.6 Сорбционное отделение железа и алюминия
2.6.1 Методика построения выходной кривой по железу 1
2.6.2 Методика определения концентрации ионов РЗЭ спектрофотометрическим методом с Арсеназо III
2.6.3 Методика модифицирования оксида алюминия тайроном
2.6.4 Методика изучения сорбции в статическом режиме
2.6.5 Оптимизация условий сорбции РеШ в виде тиронатных комплексов на анионите АВ 8, С1форме
2.6.6 Отделение ионов РеШ и А1Ш от РЗЭ на колонке с анионитом АВ8
2.6.7 Тестирование на стандартном образце состава горной породы СЛг1
2.7 Заключение
Глава III ИСПМС определения элементов примесей
3.1 Оптимизация эффективной работы ИСПМС
3.2 Термодинамическое моделирование высокотемпературных
процессов пропекаемых в ИСП
3.3 Выбор изотопов и учет спектральных наложений
3.4 Схема проведения ИСПМС анализа
3.5 Результаты ИСПМС анализа углеродистых проб после кислотного разложения
3.5.1 Пределы обнаружения
3.5.2 Результаты ИСПМС определений элементовпримесей в стандартных образцах
3.5.3 Сравнение результатов ИСПМС определений элементов примесей с альтернативными методами
3.5.4 Результаты ИСПМС определений элементовпримесей в рабочих пробах
3.6 Заключение 0 Глава IV Оптимизация условий проведения прямого атомно
эмиссионного спектрального анализа геологических проб на основные компоненты
4.1 Атомноэмиссионный спектральный комплекс Гранд с многоканальным анализатором эмиссионных спектров МАЭС
4.2 Структурномодельная схема создания методик атомноэмиссионного спектрального анализа
4.3 Теоретические аспекты программного комплекса
4.3.1 Моделирование физикохимических процессов в плазме дугового разряда с целью оптимизации условий проведения анализа
4.3.2 Расчет хемометрических параметров плазмы, в том числе для
атомов присутствующих в зоне разряда
4.3.3 Предварительное оценивание метрологических
характсристи к
4.4 Заключение
Г лава V Разработка и метрологическая аттестация МВИ
5.1 Методика прямого спектрального анализа геологических углеродистых пород
5.1.1 Результаты метрологической аттестации методик
5.1.2 Подготовка стандартных образцов
5.1.3 Подготовка геологической пробы к анализу
5.1.4 Результаты прямого спектрального анализа геологических углеродистых пород
5.2 Методика определения элементного состава в пробах горных пород методом массспектрометрии с индуктивносвязанной плазмой
Выводы
Литература


Метод атомноабсорбционной спектроскопии с графитовой печью относится к числу высокочувствительных методов определения элементного состава вещества. Атомная абсорбция в графитовой печи вРАА позволяет определять более элементов в объемах раствора порядка микролитров с пределами обнаружения элементов лучшими в 0 и раз по сравнению с атомной абсорбции в пламени. Абсолютный предел обнаружения элементов может достигать Ю гт. Для анализа сложных многокомпонентных смесей или определения малых концентраций используется предварительное групповое разделение и концентрирование элементов различными химическими, экстракционными или хроматографическими методами 1. В основном метод ААС с графитовой кюветой используется для единичных определений отдельных элементов . Метод инструментального нейтронноактивационного анализа ИНАА основан на измерении радиоактивности индикаторных радионуклидов, получаемых из стабильных нуклидов определяемых элементов с помощью ядерных реакций, индуцируемых при облучении пробы подходящими частицами, обычно нейтронами 9. Чувствительность определения элементов в геологических объектах методом ИНАА зависит от условий облучения, течения ядерной реакции, выбранного метода регистрации и способа выделения анализируемого элемента. Данный метод является одним из немногих, обладающих довольно низкими пределами обнаружения. Преимущество ИНАА
недсструктивность метода, простота процедуры пробоподготовки образцов для анализа. Как следствие из этого чистота измерений, отсутствие вероятности потерь химических элементов, отсутствие загрязнений исследуемых образцов . На практике чувствительность определения лежит в пределах от 4 6 гт для ряда легких элементов А1, , М, до 7 9 гт для более тяжелых редкоземельные элементы и элементы платиновой группы 1. Основное ограничение метода ИНАА заключается в том, что он применим не для всех интересующих элементов, так как чувствительность измерений в большой степени зависит от ядерных констант изотопов исследуемых элементов период полураспада и т. Так же к ограничениям метода относят необходимость использования подходящего реактора для облучения образцов, продолжительность анализа изза длительного времени охлаждения образцов после облучения и радиационная опасность для персонала 2, а так же проблемы, связанные с хранением и утилизацией радиоактивных отходов. У каждого из перечисленных методов есть свои достоинства и недостатки. Тем не менее, для анализа геологических объектов они не всегда являются оптимальными, поскольку не совмещают в себе чувствительность, точность, многоэлемснтность и производительность анализа. Появление метода массспектрометрии с индуктивносвязанной плазмой ИСПМС обеспечило инструментальную возможность определения элементов с предельно низкими концентрациями на фоне матрицы диапазон концентраций определяемых элементов составляет 9 порядков . Такого рода информация позволит в дальнейшем подобрать оптимальный фактор разбавления, предсказать возможные помехи при ИСПМС анализе. Одним из наиболее удобных для этих целей является атомноэмиссионный анализ с многоканальным анализатором масс. Совокупность методов анализа обеспечивает полноту и достоверность проводимых исследований. В основе метода массспектрометрии с индуктивносвязанной плазмой ИСПМС лежит использование аргоновой индуктивносвязанной плазмы в качестве источника ионов и массспектрометра для разделения и последующего детектирования этих ионов . За последние годы метод массспектрометрии с индуктивносвязанной плазмой ИСПМС совершил огромный скачок в своем развитии и стал основным методом для решения задач элементного и изотопного анализа редких и рассеянных элементов. Поскольку потенциалы ионизации всех металлов меньше потенциала ионизации аргона, ИСПМС позволяет анализировать более элементов, как встречающихся в природе, так и техногенных. Метод ИСПМС успешно конкурирует и вытесняет из большинства приложений элементного анализа такие развитые и широко распространенные методы, как атомная абсорбция АА и атомноэмиссионный анализ с индуктивносвязанной плазмой ИСПАЭС.