金屬礦床礦物化學成分特征分析

武永梅

（遼寧省第四地質(zhì)大隊有限責任公司，遼寧 阜新 123100）

近些年來，我國對于礦物化學成分的分析越發(fā)地重視，分析礦物化學成分可以有效分析礦山組成，礦床特點等，為找礦和采礦都提供了諸多新的思路和方法。礦物化學成分就是礦物的組成，從礦床中挖掘到的礦物都是由各種各樣的元素組成的，其中包括硅、硫、鐵、鉀、鈉、鎂、鈣等，這些元素在礦物中含量不同組成的礦物也不同。但由于傳統(tǒng)的檢測方法存在耗時過久，且精準度不高的問題，導致檢測礦物化學成分時工作效率低下，不能高效的完成檢測工作，對礦體的分析工作也產(chǎn)生了一定的阻礙。目前，外國對于礦物化學成分的研究已取得一定的進展，而我國的分析方法還存在一定的不足。針對以上問題，提出金屬礦床礦物化學成分特征分析。為分析礦物化學成文特征提供新方法。

1 金屬礦床礦物化學成分特征分析方法

1.1 選擇激光剝蝕條件

分析金屬礦床礦物化學成分特征，選用LA-ICP-MS分析法。在檢測不同的礦物化學成分元素時，由于元素特性不同，在激光剝蝕過程中反應的條件也不同，因此針對不同的元素選擇不同的激光剝蝕條件[1]。而激光剝蝕的各條件之間也存在一定的關(guān)系，我們可以用下列公式（1）表達。

其中，w代表在一定時間內(nèi)激光剝蝕的樣品礦物體積；h代表為激光剝蝕頻率；l代表的為激光剝蝕速率；j代表為礦物樣品的化學密度；t則代表為激光剝蝕中束斑直徑。首先從剝蝕速率來看，不同礦物所含的化學成分由于含量不同，其剝蝕速率也不同，但剝蝕速率與礦物化學成分的密度關(guān)系是成正向比例的。若在同等密度下，含有硅酸鹽成分的礦物剝蝕速率遠低于其他礦物，例如橄欖石。其次剝蝕深度的不同也會影響剝蝕的礦物孔徑[2]。因此需要使用激光脈沖，降低剝蝕深度對礦物孔徑的影響，同時降低剝蝕坑的直徑比，這可以有效改善分餾效應，使檢測礦物化學成分更加準確。然后在進行激光作用時，需要保持礦物樣品的表面有足夠強的能力密度，并采取激光能力較高的激光束作用，這種選擇可以降低樣品的基體效應，避免基體效應影響檢測結(jié)果造成數(shù)據(jù)誤差的出現(xiàn)，但同時選擇激光能力較高的激光束作用會出現(xiàn)氣溶膠顆粒變大的可能[3]。最后需確定檢測時的載氣類型，載氣類型可以影響LA-ICP-MS分析法的靈敏度，例如在189nm波長下，檢測的靈敏度最好，但礦物顆粒直徑會變大。因此，本文選擇線掃描剝蝕的方法，可以有效穩(wěn)定靈敏度以及控制分析的信號穩(wěn)定。

1.2 校正靈敏度漂移

校正靈敏度漂移是LA-ICP-MS定量分析法中極為重要的一個環(huán)節(jié)，靈敏度漂移對確定元素含量有極大的影響。主要的靈敏度漂移影響有兩點，一是在上文論述中的激光剝蝕過程，在激光剝蝕過程中離子透鏡會發(fā)生沉積現(xiàn)象，這就需要人工進行擦拭，保證離子透鏡不發(fā)生沉積，這種沉積就會造成靈敏度漂移行為[4]。還有聚焦程度以及激光強度，聚焦程度不足，激光強度弱或者是過強也均會造成靈敏度漂移的效果。一般情況下，校正靈敏度漂移采用的都是添加同位素的方法，但靈敏度漂移與質(zhì)量數(shù)有關(guān)系，添加同位素的方法并不適用LA-ICP-MS定量分析法[5]。因此在LA-ICP-MS定量分析法測量金屬礦床礦物化學成分特征中，選擇適當聚焦程度和激光強度，根據(jù)元素的不同，確定內(nèi)標校正。在分析前，需要連續(xù)不斷的根據(jù)校正標準進行靈敏度漂移校正，也可以通過校正信號強度來進行。采用擬合多項插值的方法，對關(guān)于質(zhì)量數(shù)的靈敏度進行校正[6]。

1.3 定量算法獲取成分特征

使用LA-ICP-MS定量分析法測量金屬礦床礦物化學成分特征，需要先確定內(nèi)標歸一和保證外標準確，在此之下將內(nèi)標與外標結(jié)合，再進行定量計算，其公式如下列式子所示。

其中，Yic表示為元素定量；表示為樣品i中元素c的表達信號；表示為樣品i中校正物質(zhì)的表達信號；表示為樣品i中代表元素ic的含量；表示為樣品i中校正物質(zhì)中元素ic的含量[7]。在使用LA-ICP-MS定量分析法測量金屬礦床礦物化學成分特征時，還需要注意剝蝕過程中的各項比值，某些元素比值會根據(jù)時間產(chǎn)生變化，所以控制檢測時間，采用獨立方法檢測[8]。而且，若樣品中校正物質(zhì)不同，對礦物化學成分特征的檢測結(jié)果也會發(fā)生變化，因此也要保證樣品中校正物質(zhì)相同。通過內(nèi)外標法進行定量分析，例如測量閃鋅礦中Zn成分，若測量Zn元素的同位素校正物質(zhì)存在雜質(zhì)，則通常測量結(jié)果會比正常測量含量要低。而若是檢測含水礦物時，就需要先通過礦物成分的分子式，計算所揮發(fā)的大致含量，測量外標校正物質(zhì)的礦物含量。使用LA-ICP-MS定量分析法檢測全巖化學成分特征時，還可以選擇稀釋同位素，這就避免了使用外標的標準液物質(zhì)，可以對流體包裹體進行定量分析，從而獲取該礦物的成分，用來分析確定包裹體中同位素含量，從而分析礦物化學成分[9]。因此，LA-ICP-MS定量分析法可以有效獲取礦物化學成分特征。

2 實驗論證分析

2.1 實驗準備

根據(jù)上述的LA-ICP-MS定量分析法，測試閃鋅礦的主要成分，本文選取兩種傳統(tǒng)方法作為對照組A和對照組B，本文方法作為實驗組。為保證實驗結(jié)果準確，首先對采集的閃鋅礦和黃鐵礦進行碎樣，此過程保持無污染狀態(tài)，然后去除脈石礦物，保證單礦物顆粒。在使用電分離的方法，分離出閃鋅礦與黃鐵礦，最后對雜質(zhì)進行分離，得到閃鋅礦顆粒和黃鐵礦顆粒。之后采用酸溶法，在電感耦合等離子體質(zhì)譜儀中進行檢測。

2.2 測試結(jié)果

對該單礦物顆粒分別進行20組測試，并記錄數(shù)據(jù)。對比本文方法與傳統(tǒng)方法的測試所耗時間。下表1為檢測閃鋅礦化學成分所耗時間數(shù)據(jù)表。

表1 檢測閃鋅礦化學成分所耗時間數(shù)據(jù)表（s）

根據(jù)上述表1數(shù)據(jù)所示，經(jīng)過20組實驗測試，發(fā)現(xiàn)代表第一種傳統(tǒng)方法的對照組A檢測閃鋅礦成分平均所耗時間為60.856s；代表第二種傳統(tǒng)方法的對照組B檢測閃鋅礦成分平均耗時為33.585s；代表本文方法的實驗組檢測閃鋅礦成分平均耗時為1.690s；計算對比三組數(shù)據(jù)的平均所耗時間，實驗組比對照組A和對照組B檢測閃鋅礦所耗時間分別少了59.166s和31.625s。下表2是三組方法檢測黃鐵礦化學成分所耗時間數(shù)據(jù)表。

表2 檢測黃鐵礦化學成分所耗時間數(shù)據(jù)表（s）

根據(jù)上述表2數(shù)據(jù)來看，檢測黃鐵礦化學成分比檢測閃鋅礦化學成分整體所耗時間延長。對照組A檢測黃鐵礦化學成分所耗時間在88.165s~105.664s，對照組B檢測黃鐵礦化學成分所耗時間在50.551s~68.456s之間，實驗組檢測黃鐵礦化學成分所耗時間在2.001s~6.818s之間。經(jīng)計算得知，對照組A、對照組B、實驗組檢測黃鐵礦化學成分平均耗時分別為95.396s、56.642s以及5.042s，可以看出，代表本文方法的實驗組比代表兩種傳統(tǒng)方法的對照組分別快了90.354s和51.600s。通過上述對閃鋅礦和黃鐵礦兩種礦物化學成分的檢測，本文方法所耗時間最少，說明本文方法更為優(yōu)秀。

3 結(jié)語

分析礦物化學成分對找礦測礦具有極其深遠的影響，通過研究LA-ICP-MS定量分析法的激光剝蝕條件和靈敏度，分析金屬礦床礦物化學成分特征，得到了較為快速的檢測方法。但本文方法忽略了實驗準備環(huán)節(jié)，導致文章不夠完善，今后應對實驗準備環(huán)節(jié)進行更多敘述，進一步完善實驗。為分析礦物化學成文特征提供新方法。