测定极地雪冰中痕量元素总浓度的样品前处理方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于冰川冰芯中痕量元素研究的技术领域，涉及一种对冰芯样品痕量元素 总浓度测试之前的样品前处理方法。
[0002]
【背景技术】
[0003] 冰芯中痕量元素包含了气候和环境变化信息。文献佑aspariV，BarbanteC， CozziG,etal.Atmosphericironfluxesoverthelastdeglaciation:climatic implications.GeophysResLett, 2006,33 (X03704)doi:03710.01029/02005GL024352 )通过对南极冰芯中痕量元素Fe的研究发现：Fe元素通量与气候变化有关。文献中测定 了来自南极DomeA冰芯的166个样品，发现了可溶性化元素通量从末次冰期冰盛期时期 24Xl〇-2mg化m-2yr-i到全新世开始时0. 7Xl〇-2mg化m-2yr-i的一个降低过程。 因而冰芯中化的可溶性浓度和总浓度对于研究不同气候时期粉尘的源区具有重要意义。
[0004] 为了获得冰芯痕量元素总浓度，首先需要将冰芯不溶微粒进行处理，通过将其消 解转化成溶液后，再利用电感禪合等离子体质谱仪（ICP-MS)测试其中的痕量元素浓度，从 而获得痕量元素总浓度。
[0005] 关于极地及山地冰川雪冰中痕量元素总浓度的测试方法仅见Ruthetal(2008) 报道的关于南极冰芯样品中痕量元素总浓度样品处理方法。该方法直接取ImL样品，在样 品中加超纯硝酸和氨氣酸各0.3mU在微波消解仪中消解后利用ICP-MS测试痕量元素浓 度，从而获得痕量元素总浓度。该方法的优点是样品直接消解后进行测试。但该方法只能 适用于测试环境的洁净度好于100级的环境，而且要求ICP-MS仪器的灵敏度很高，即对于 Ing/gIn信号强度为10E6cps才可W利用该个方法。除此之外，该方法并没有给出流程空白 值，因而利用该方法获得的一些气候时段痕量元素总浓度反而低于样品被酸化到抑=1时 的痕量元素的浓度。从上述可W看出；Ruthetal(2008)报道南极冰芯样品中痕量元素总 浓度样品处理方法只有仪器的灵敏度很高，而流程空白又非常低时才可W参考使用。如果 方法的流程空白较高，则不适合利用该方法。
【发明内容】
[0006] 针对现有雪和冰中痕量元素总浓度测试出现的问题，本发明的目的在于提供一种 极地雪和冰中痕量元素总浓度测试的样品前处理方法。针对雪和冰中不溶微粒含量在微 克级别的样品，采用蒸发过程富集不溶微粒，再加入一定量的超纯酸，在一定时间和温度下 消解不溶微粒，将不溶微粒转化成溶液后，进而利用高分辨ICP-MS测试其中的目标痕量元 素，从而开展极地雪和冰芯不溶微粒中痕量元素总浓度的测试，了解其包含的气候和环境 信息。
[0007] 本发明的目的是该样实现的： 一种雪和冰中痕量元素总浓度的样品前处理方法，其步骤是： a.将溶化后的雪和冰样品和超纯水样品（即空白样品）分别转移至PTFE烧杯中，烧杯 放置在15CTC-17CTC的电热板上恒温蒸发样品，当样品量蒸发至小于5mL时，将其转移至 PT阳消解罐中，继续蒸发样品至1. 9-2 . 1血； b. 向PT阳消解罐中加入超纯HN03和HF，置于温度为18(TC-195C的烘箱中消解11h-13h样品，然后将消解罐从烘箱中取出； C.将消解罐置放在15(TC-17(rC电热板上加热，使罐内溶液蒸发至近干(约0.5mL)， 再向消解罐内加入0. 2mLHN〇3,继续蒸发近干，重复两次； d.待消解罐冷却后加入超纯水、内标In,称重，最后上机测试，经过换算后获得雪冰中 痕量元素总浓度。
[000引本发明的优点： 1、与Ruth et al (2008)提出的方法相比，本方法通过样品蒸发浓缩，将样品体积缩小 后，再往其中添加超纯HN03和HF。浓缩后的样品中单位体积的不溶微粒的含量增加，单位 体积的痕量元素含量也相对增加，酸的用量相对减少。本方法提高了痕量元素的相对含量， 所W流程空白值相对于痕量元素的含量较小，提高了对一些痕量元素浓度接近于流程空白 值的样品的测试能力。
[0009] 2、本方法是针对雪冰中不溶微粒含量在几十个微克/克建立的。同样适用于不溶 微粒含量更高的雪冰样品。对于后者，需要蒸发的样品量相应减小，蒸发时间缩短。
【附图说明】
[0010] 图1为基于±壤标准参考物质GSS-9获得的痕量元素测定值和参考值之比，用于 评价消解效率。
[0011] 图2为置于电热板上烧杯和消解罐下面的PT阳环形垫圈。
【具体实施方式】
[0012] 下面结合附图，对本发明的技术方案再作进一步的说明： 一种极地雪和冰中痕量元素总浓度的样品前处理方法，其步骤是： a.将溶化后的雪和冰样品约150血中约100血水样先转移至100血PT阳烧杯中，同 时准备好约100血超纯水于100血PT阳烧杯中（即空白样品，也被当做雪冰样品处理)，两 者置于电热板上，将温度设定为16(TC，缓慢蒸发样品，随着样品被蒸发减小，将剩余样品转 移到烧杯中继续蒸发，当样品量蒸发至约3mL时，将其转移至lOmLPTFE消解罐中，再用约 1至2血纯水将烧杯内残存样品溶液冲洗3次至PT阳消解罐中，继续蒸发样品量至2血； b. 向PT阳消解罐中加入超纯HN03和HF各0. 3血，19(TC下消解12h，并将消解罐从 烘箱中取出； C.将消解罐置于16(TC电热板上加热，使罐内溶液蒸发至约0.5 111以再向消解罐内加 入歴〇3,继续蒸发至约0. 5血，重复两次； d.冷却后加入1. 8血超纯水、内标In元素，使得In在样品中的浓度在Ing/mL左右 (该里添加的超纯水和内标元素的量是针对格陵兰样品制定的，而对于痕量元素浓度较高 的青藏高原雪冰样品，测试前添加的超纯水量可W适当增加，而内标In元素浓度始终在 Ing/血左右），称重获取测试前样品质量，最后在高分辨ICP-MS仪器上采用外标法测试待 测元素浓度。将测得的浓度经过如下公式换算后获得雪冰中痕量元素总浓度： ((Cm-Cbik)*M2)/Mi=CT Cm-雪冰样品测定浓度（ng/mL)，Cb。-空白样品的测定浓度（ng/mL)，Ct-总浓度（ng/mL)，Ml-参加消解的样品量（g)，M2-测试前样品量（g)。
[0013]W格陵兰肥EM冰芯44号样中的化为例，对样品前处理到测试结果的换算给于进 一步的说明如下： 将该样品158. 23g在电热板上进行恒温蒸发，蒸发和消解程序按照上面"实施方式"中 描述的进行。测试之前样品量为2. 13g，将样品引入ICP-MS中测试，得到化的浓度测试值 为78. 7ng/g，减去流程空白值18. 9ng/g后，化的实际浓度为59. 8ng/g。将此值换算到参 加蒸发的样品量中，则化的浓度为；59. 8*2. 13/158. 23=0. 8ng/g，即为样品中化的总浓度。
[0014] 为了考察该方法的准确性（即该方法能否使雪冰中不溶微粒完全消解，从而能测 定总浓度)，利用±壤标准参考物质(±壤标准参考物质中包含所有待测元素，取样Img左右 时取样量大于雪冰中不溶微粒的含量，如果±壤标准参考物质完全消解，那么也可W证明 雪冰中不溶微粒已经完全消解）对方法的准确度进行了考察。称取标准±壤样品洪泽湖积 物GBW07423 (GSS-9)Img左右于消解罐中，加入高纯硝酸和氨氣酸各0.3血，消解过程同 上，测试其中51'、83、化、41、化、1'1、111^6、〇1共9种痕量元素的总浓度。图1是测试值和 标准参考值之比。（表1中例出具体的测试值和参考值)从图1可W看出Sr、Ba、Pb、AlXa、 Ti、Mn、Fe、化大部分元素总浓度的测试值和参考值之比在1附近。说明该方法是可行的， 且准确度较高。
[0015] 表1基于±壤标准参考物质（GSS-9)的准确度试验
【主权项】
1. 一种极地雪和冰中痕量元素总浓度的样品前处理方法，其步骤是： a. 将溶化后的痕量元素样品和超纯水样品，即空白样品，分别转移至PTFE烧杯中，烧 杯放置在150°C _170°C的电热板上恒温蒸发样品，当样品量蒸发至小于5mL时，将其转移至 PTFE消解罐中，继续蒸发样品至1. 9-2 . ImL ; b. 向PTFE消解罐中加入超纯HNO3和HF，置于温度为180°C _195°C的烘箱中消解11 h-13 h样品，然后将消解罐从烘箱中取出； c. 将消解罐置放在150°C-170°C电热板上加热，使罐内溶液蒸发至近干0.5 mL，再向 消解罐内加入0. 2mLHN03，继续蒸发近干，重复两次； d. 待消解罐冷却后加入超纯水、内标In，称重，最后上机测试，经过换算 后获得雪冰中痕量元素总浓度。
【专利摘要】本发明涉及一种极地雪和冰中痕量元素总浓度的样品前处理方法。首先将其中的不溶微粒样品消解，本发明采用亚沸蒸发浓缩过程富集不溶微粒，再通过加入一定量的超纯酸，在一定温度和时间下消解不溶微粒，将不溶微粒转化成溶液后，进而利用ICP-MS测试其中的目标痕量元素浓度。通过蒸发浓缩缩小体积，不溶微粒的含量相对于缩小后的样品体积增加，其中痕量元素含量也相对增加，从而流程空白相对于痕量元素的含量较小，使得不溶微粒含量在微克级别的样品中痕量元素总浓度的测试成为可能。从而为开展极地和偏远地区雪和冰芯中痕量元素总浓度包含的气候和环境信息提供了技术支撑。
【IPC分类】G01N1-28
【公开号】CN104880341
【申请号】CN201410074074
【发明人】李月芳, 熊隆飞, 高新生
【申请人】中国科学院寒区旱区环境与工程研究所
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2014年2月28日