燃烧预处理-同位素稀释质谱法_2

文档序号:9291482阅读:来源:国知局
、Ba、Ce、Nd、Sm、 Eu、Gd、Dy、Er、Yb、Hf、Ta、W、Re、Os、Ir、Pt、Tl和U中的任意一种或两种或更多种,但本发 明并不局限于此。
[0025] 对于本发明中所述的待检测目标样品没有明显限制,但是难以进行酸解预处理的 样品,例如塑料、纳米粒子或土壤等也可以被检测。
[0026] 具体而言,根据本发明的一个示例性实施方案,
[0027] 提供一种燃烧预处理-同位素稀释质谱法,包括:
[0028] a)对分别含有预定量的参比同位素和浓缩同位素的第一标准溶液进行电感耦合 等离子体质谱法,测量该第一标准溶液的参比同位素与浓缩同位素之间的同位素比,所述 参比同位素和所述浓缩同位素为待检测目标元素的同位素;
[0029] b)对通过燃烧待检测目标样品而得的燃烧材料进行电感耦合等离子体质谱法,测 量该待检测目标样品中所含参比同位素与浓缩同位素之间的同位素比;
[0030] c)对通过燃烧第一混合溶液而得的燃烧材料进行电感耦合等离子体质谱法,测量 该第一混合溶液中所含参比同位素与浓缩同位素之间的同位素比,所述第一混合溶液通过 将所述第一标准溶液与所述待检测目标样品均匀混合而制备;以及
[0031] d)利用由a)、b)和c)得到的同位素比,计算所述待检测目标样品中所含待检测 目标元素的浓度。
[0032] 对本发明的每个步骤进行更详细的描述。
[0033] 首先,本发明相当于是一种同位素稀释法,而电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS) 能够测定同位素比,因而可以将该同位素稀释法应用于ICP-MS。所述同位素稀释法是将已 知同位素比的浓缩同位素加入待检测目标样品中,使得存在于该样品中的待分析目标元素 的同位素与所加入的同位素达到平衡,然后使用质谱仪测量同位素比的变化以计算元素浓 度的方法。
[0034] 步骤a)是对分别含有预定量的参比同位素和浓缩同位素的第一标准溶液进行电 感耦合等离子体质谱法,测量该第一标准溶液的参比同位素与浓缩同位素之间的同位素比 的步骤,所述参比同位素和所述浓缩同位素为待检测目标元素的同位素。
[0035] 为了应用同位素稀释质谱法(IDMS),需要选择浓缩同位素和参比同位素(其为另 一种同位素)。此处,对用于测量的同位素的选择需要考虑到干扰离子。将不具有干扰离子 的元素选为参比同位素,并将该参比同位素之后具有第二高天然丰度比的同位素用作浓缩 同位素;然而,可以将其它具有较低天然丰度比的同位素选为浓缩同位素。测量所选择的浓 缩同位素/参比同位素或参比同位素/浓缩同位素的同位素比来应用同位素稀释法。
[0036] 此处,所述第一标准溶液为含有大量浓缩同位素的混合溶液,并且随着浓缩同位 素的浓度变大而较为优选,通常而言,将含有90% (w/w)以上,具体为90至99% (w/w)的 浓缩同位素的材料或溶液制备成具有所期望浓度的溶液来进行使用。
[0037] 在步骤a)中,对分别含有预定量的如上述确定的参比同位素和浓缩同位素的第 一标准溶液进行电感耦合等离子体质谱法,测量该第一标准溶液的参比同位素与浓缩同位 素之间的同位素比。
[0038] 接下来,步骤b)为对通过燃烧待检测目标样品而得的燃烧材料进行电感耦合等 离子体质谱法,测量该待检测目标样品中所含参比同位素与浓缩同位素之间的同位素比的 步骤。
[0039] 所述待检测目标样品包含由步骤a)选择的参比同位素和浓缩同位素,它们各自 具有预定的量,通常以天然丰度比存在。因此,步骤b)中的参比同位素和浓缩同位素的同 位素比可以采用该已知的天然丰度比而无需进行直接测量,故而步骤b)可以被省略。然 而,在待检测目标元素已知的同位素天然丰度比的范围较大或具有较大不确定性的情况 下,为了测量得更加精确,优选直接测量待检测目标样品的同位素比。
[0040] 在步骤b)中,对通过待检测目标样品的燃烧预处理而制得的燃烧材料进行电感 耦合等离子体质谱法,测量参比同位素与浓缩同位素之间的同位素比。所述燃烧预处理在 下面的步骤c)中更详细地描述。
[0041] 接下来,描述步骤c)。步骤c)是对通过燃烧第一混合溶液而得的燃烧材料进行电 感耦合等离子体质谱法,测量该第一混合溶液中所含参比同位素与浓缩同位素之间的同位 素比的步骤,所述第一混合溶液通过将所述第一标准溶液与所述待检测目标样品均匀混合 而制备。
[0042] 本发明人将现有的燃烧预处理-离子色谱预处理方法的技术引入到本发明的同 位素稀释质谱法中,发现引入燃烧预处理过程能够减少预处理过程中所发生的误差(这是 电感耦合等离子体质谱法的缺点)并进一步提高现有质谱法的准确性,并完成了本发明。 [0043] 此处,加入待检测目标样品中的第一标准溶液的量可以根据待检测目标元素而改 变,并可以根据第一标准溶液的浓度和同位素比而改变。可以加入第一标准溶液,使得所制 第一混合溶液中的浓缩同位素/参比同位素的同位素比为0.3至5,但本发明并非必须局限 于此。当同位素比在上述范围之外时,同位素比的测量中可能会发生失真而提高不确定性。
[0044] 通过燃烧而对如上制备的第一混合溶液进行预处理过程,即类似于步骤b)的燃 烧预处理过程,其中,步骤b)和步骤c)中的燃烧优选在诸如氧气或氩气等的气氛下于 900°C至1200°C的温度下进行10分钟至60分钟。当在低于900°C下进行燃烧时,会发生不 完全燃烧;而当在高于1200°C下进行燃烧时,燃烧装置则会过热。另外,当燃烧进行少于10 分钟时,也会发生不完全燃烧;而60分钟以上的燃烧时间是允许的,然而需要考虑到预处 理过程的时间效率。
[0045] 对通过如上所述的燃烧预处理而得的燃烧材料进行电感耦合等离子体质谱法,测 量第一混合溶液中所含参比同位素与浓缩同位素之间的同位素比。
[0046] 所述预处理过程可以包括:注入用于完全燃烧的添加剂,在吸收剂溶液中收集燃 烧材料,以及吸附去除有机物质。
[0047] 在制备用于燃烧的样品的过程中,可以进行注入添加剂的步骤以便于顺利地进行 燃烧,并且可以加入所述添加剂来促进燃烧,其中,用于完全燃烧的添加剂可以为选自氧化 钒、氧化铁、高锰酸盐、铬酸盐、四氧化锇和高氯酸盐中的一种或两种或更多种。
[0048] 然后,进行收集经如上所述燃烧而得的最终样品燃烧材料的步骤,其中,所述最终 样品燃烧材料通过吸收剂溶液来收集。所述吸收剂溶液可以为选自去离子水、氢氧化钠、氢 氧化四甲铵、碳酸铵和过氧化氢中的一种或两种或更多种,并且可以使用该吸收剂溶液来 收集所述燃烧材料。
[0049]另外,可以加入在燃烧后立即吸附去除残留在燃烧管等中的有机物质的步骤,并 且在该吸附去除步骤中,可以通过使用选自去离子水、氢氧化钠、氢氧化四甲铵、碳酸铵和 过氧化氢中的一种或两种或更多种吸附剂来去除有机物质。如果燃烧进行得较为完全,则 该吸附去除步骤可以被省略,该步骤被看作是一种清洁步骤。
[0050]步骤a)、b)和c)中包括的电感耦合等离子体质谱法可以采用常规方法进行。简 要而言,首先将待检测目标样品以气态形式喷射和供给,然后将注入等离子体中的待检测 目标样品气体在等离子体中分解成原子并离子化。将如上产生的离子通过质量差异进行分 离以检测各自的同位素离子,由此可以测量参比同位素与浓缩同位素之间的同位素比。将 氧气根据待检测目标元素供给至待检测目标样品来生成待检测目标元素的氧化物的离子, 然后将该氧化物的离子通过质量差异进行分离并检测,由此可以测量参比同位素与浓缩同 位素之间的同位素比。
[0051]然后,步骤d)是利用由a)、b)和c)得到的同位素比来计算待检测目标样品中所 含待检测目标元素的浓度的步骤。
[0052] 此处,在步骤d)中,待检测目标样品中所含待检测目标元素的浓度可以通过下面 的等式1来计算。
[0053](等式1)
[0054]
[0055] 在上述等式1中,下标x表示待检测目标样品,下标y表示第一标准溶液,下标b 表示第一混合溶液
[0056] cx:待检测目标样品中含有待检测目标元素的浓度
[0057] cy:第一标准溶液中含有待检测目标元素的浓度
[0058] mx:待检测目标样品的质量
[0059] my:与待检测目标样品一起加入用于制备第一混合溶液的第一标准溶液的质量
[0060] w :干质量校正因子
[0061] Rx:待检测目标样品的参比同位素与浓缩同位素之间的同位素比
[0062] Ry:第一标准溶液的参比同位素与浓缩同位素之间的同位素比
[0063] Rb:第一混合溶液的参比同位素与浓缩同位素之间的同位素比
[0064] 2Rxi:待检测目标样品中待检测目标元素的每种同位素与参比同位素的丰度比的 总和
[0065]S Ryi :第一标准溶液中待检测目标元素的每种同位素与参比同位素的丰度比的总 和
[0066] cblank:用于校验测量程序的空白样品的浓度
[0067]上述等式1中的干质量校正因子是指根据湿度环境和样品转换为相对于干质量 的浓度的因子,用于校验测量程序的空白样品是在制备步骤c)中的第一混合溶液时除待 检测目标样品外仅注入标准溶液,然后进行相同燃烧过程而得到的溶液,该溶液被制备来 检验诸如污染等问题。
[0068] 这种方法可以应用于含有浓缩同位素(该浓缩同位素的浓度和同位素丰度比在 设置为SI国际单位制的测量装置中都具有测量追溯性)的第一标准溶液,并且,由于所述 第一标准溶液起到标准溶液的作用,因此可以仅使用该第一标准溶液和待检测目标样品的 同位素丰度比来进行待检测目标元素的定量。
[0069] 同时,根
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