GCMS測定法在土壤金屬礦勘查中的應用

康波波

（安徽省地勘局第一水文工程地質勘查院，安徽 蚌埠 233000）

土壤中含有大量金屬元素，對其成分、濃度進行有效測定，可以為勘查金屬礦提供依據。在此環(huán)節(jié)，研究人員需要從勘查區(qū)域之中采集土壤樣本，并且基于合適的檢測手段完成土壤成分分析。GCMS測定法是一種常用于土壤污染物檢測分析的技術，利用該技術可以充分滿足土壤金屬礦勘查需求。

1 GCMS測定法概述

GCMS測定法全稱氣相色譜質譜聯用測定法，是一種被廣泛應用在環(huán)保、電子、醫(yī)藥、食品安全等行業(yè)的檢測技術，可為環(huán)境有機污染物分析、藥物殘留檢測分析、香精香氣成分檢測分析以及紡織品有害物質檢測分析提供技術支持。

在使用GCMS測定法時，技術人員需要借助氣相色譜質譜聯用儀完成樣品測定，該儀器主要由真空系統、進樣系統、離子源、質量分析器、檢測器和數據采集與儀器控制工作站組合而成。目前，氣相色譜質譜聯用儀普遍具有良好的數據采集功能、數據處理功能和操作便捷性，基于此可準確的定性、定量結果數據，還能集成NIST譜圖檢索功能，可為提高樣品檢測分析質效提供保障[1]。

在實際應用環(huán)節(jié)，當混合樣品進入色譜柱以后，其內部成分會在吸附劑的作用下形成運行速度差，其中吸附力弱的成分容易解吸，最終離開色譜柱進入檢測器，組分吸附力越強離開色譜柱的時間就越長。當樣品中的所有組分被分離后依次進入檢測器時，檢測儀器會完整而清晰地記錄相關數據，從而為有效分析提供輔助。以上，就是GCMS測定法的主要應用原理。

2 土壤金屬礦勘查技術

2.1 前期踏勘準備

一方面，在土壤金屬礦勘查中前期踏勘環(huán)節(jié)的調查結果將直接影響到后續(xù)設計階段的工作布置情況，例如倘若未能針對擬工作區(qū)范圍內第四紀覆蓋物的類型進行全面調查掌握，未能收集關于第四紀覆蓋物厚度的完整資料，可能導致選取覆蓋物厚度超過2m的區(qū)域進行土壤金屬礦的勘測，影響到實際測量結果精度。另一方面，在設計階段需做好擬工作區(qū)成礦規(guī)律、礦床特征以及平面展布特征的調查，便于識別出勘探目標體存在的異常信息，避免為后續(xù)勘查環(huán)節(jié)留下安全隱患。

2.2 粒級試驗結果

通常不同土壤的粒級組成存在顯著差異，需通過開展粒級試驗進行主成礦元素粒級特征的判斷，否則將干擾待測金屬礦的測量結果，導致加工成品的粒級非自然粒級。

2.3 采樣控制精度

土壤采樣是調查了解土壤結構類型的前提條件，以母質層為代表的層級其埋藏深度與覆蓋厚度往往成正比，而不同測區(qū)的覆蓋物厚度存在一定差異，為采樣環(huán)節(jié)的指標控制帶來較大難度。

當前主要采用層位控制采樣方法進行采樣控制，但還需結合覆蓋物的厚度指標進行采樣工具的合理選擇與采樣方法的科學使用，同時對于采樣人員的專業(yè)度提出較高要求，倘若采樣人員缺乏專業(yè)知識基礎，在實際采集樣品環(huán)節(jié)可能無法有效甄別并采集到符合要求的層位樣品，對金屬礦勘查工作實效構成影響。

3 土壤金屬礦勘查中的GCMS測定法應用要點

在基于GCMS測定法勘查金屬礦時，相關工作人員應該對樣品土壤做好定性與定量分析，以便于獲得準確數據。為此，我們對GCMS測定法在土壤金屬礦勘查中的應用要點進行了論述。

3.1 儀器選用

應用GCMS測定法時，必須選用氣相色譜質譜聯用儀。當然，為保證樣品前處理和測定效果，相關工作人員還應該合理選用作用在其他程序的儀器。在實踐中，可選用GCMS-QP2020 NX或PE GCMS CLARUS600/560S作為土壤金屬礦勘查的GCMS檢測儀器。在選定檢測儀器后，相關工作人員需要明確儀器組成并完成儀器性能、參數的檢驗，從而保證檢測儀器的可用性。

此時，相關工作人員還應該從實際出發(fā)，對氣相色譜質譜聯用儀的數據采集模式也就是檢測方法進行調整，為提高土壤成分檢測科學性和準確性做好準備[2]。比如，基于全程掃描模式（總離子流色譜法）開展定性檢測；基于選擇性離子檢測模式開展定量檢測。此外，金屬礦勘查人員還應該合理做好質量分析器的選用工作。比如，合理選用飛行時間質量分析器、離子阱質量分析器、四級質量分析器等。

3.2 樣品前處理

利用GCMS測定法勘查金屬礦時，相關工作人員必須合理制備樣品，才能保證檢測結果準確性。在制備樣品前，檢測人員需要先做好土壤樣品采集工作。比如，進入待檢測區(qū)域直接采集當地20cm深度土壤作為檢測樣本。而后，還需要對已獲得的土壤進行前期處理，進而制備出可用的GCMS檢測樣品。在此環(huán)節(jié)，可選用以下幾種方法開展樣品前處理：

（1）溶劑萃取。此時可基于液-固萃取或索氏提取法完成待測土壤樣品的前處理，為提高測定精確度和靈敏性奠定基礎。不過，這種萃取方法存在耗用量大、提取時間長和易引入新雜質的缺陷，若操作不當會對檢測精確度和回收率造成影響。

（2）微波萃取。這種樣品前處理方法是萃取法與微波技術結合下的產物，能夠為提高樣品制備質效提供保障。在實踐中，身處于微波場當中的物質之間存在介電常數差異，所以他們對微波能的吸收程度不同，自產熱能和向周圍傳遞的熱能也不同，因此基于微波技術會造成萃取體系中的組分受熱不均衡。在利用微波萃取法制備土壤樣品時，其中的水、堿、乙醇、鹽等物質能將微波能轉化為熱能，在吸收微波的基礎上提高自身與周圍的熱度；而非極性分子結構物則會少量吸收微波能，金屬類物質將反射微波[3]。基于此，檢測人員可快速判斷樣品中是否含有金屬類元素，可有效節(jié)約時間與試劑，更能提升樣品制備精度與回收率。

（3）固相微萃取。固相微萃取源自于固相萃取，其技術原理是依照物質與溶劑之間的相似相溶性質，給予色譜固定相的吸附作用，實現組分萃取富集，從而完成樣品前處理。

3.3 定量分析

基于GCMS測定法勘查土壤金屬礦時，需要合理選用定量分析法，從而為有效確定土壤中的金屬元素含量奠定基礎?，F階段，常用的GCMS定量分析法有兩種，其一是外標法；其二是內標法。

（1）外標法。應用外標法，將以樣品中的待測組分純品作為標準樣品，然后通過比較樣品和標準樣品中待測組分的響應信號，來完成定量分析。在實際應用環(huán)節(jié)外標法共分為兩種應用類型，一種是工作曲線法，應用時需基于被測品標樣配制多種濃度的對照品溶液進而確定工作曲線、求取斜率和截距，再通過利用曲線確定樣品中的組分濃度；另一種是外標一點法，將通過測量相同條件下的樣品組分峰面積均值，計算樣品組分含量。

（2）內標法。使用這種方法開展定量分析時，應將樣品沒有的純物質選為內標物，并將其加入樣品溶液，然后對比內標物與待測成分的相應信號，確定待測成分含量。內標物定量的結果不受進樣量重復性的影響，而且只要被測物與內標物出峰且分離度達標就可以完成定量檢測。不過，在選擇內標物時，必須確定被測樣品中不含有該物質，而且它應該是純度達標的純物質。雖然，內標法的定量分析結果準確性較高，但是這種方法也存在內標物不易獲得、樣品配置難度高的問題，所以相關工作人員需要根據實際需要謹慎選用。

4 結論

綜上所述，借助于GCMS測定法開展土壤金屬礦勘查，有助于提高金屬礦勘查的準確性、便捷性和經濟性，能為提高檢測工作整體質效奠定基礎。

為保證GCMS測定法的應用效果，相關工作人員需要基于實際需求選定檢測儀器并且在檢測環(huán)節(jié)保證操作規(guī)范、流程完整。