微量元素地球化学中国地质大学微量元素的测定技术及数据分析学习教案.pptx

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1、会计学1微量元素地球化学中国地质大学微量元素微量元素地球化学中国地质大学微量元素的测定的测定(cdng)技术及数据分析技术及数据分析第一页，共48页。1.1.某厂家给定其产品玻璃棒中Cu含量为5ppm，Pb含量为5ppm，他们所用的仪器为ICP-AES。请问该数据是否可靠？2.2.某厂家给定产品玻璃光纤中Cu含量为0.5ppm，Pb含量0.1ppm，他们所用的仪器为ICP-MS。请问该数据是否可靠？3.3.如果我们(w men)想了解某光纤不同圈层中元素(比如Pb)含量，应该选择什么仪器？4.4.如果我们(w men)想利用头发研究环境随时间的变化，应该选择什么分析仪器？100m第2页/共48

2、页第二页，共48页。第3页/共48页第三页，共48页。1.1.微量元素的测定技术微量元素的测定技术(jsh)(jsh)及数据评价及数据评价1.1.微量元素定义(dngy)1.2.微量元素的重要性1.3.微量元素的测定1.4.微量元素数据评价第4页/共48页第四页，共48页。1.1.微量元素定义微量元素定义(dngy)n n主量元素(yun s)/常量元素(yun s)（Major element）n n含量1%（10-2），组成主要矿物；n n微量元素(yun s)(Minor element)(部分副矿物)n n1%（10-2）含量0.1%（10-3）n n痕量元素(yun s)（Trace

3、 element）n n含量0.1%（10-3）n n相对性Gill R.1999,Modern analytical geochemistry.Person Education Asia Ltd.Singapore第5页/共48页第五页，共48页。1.1.微量元素定义微量元素定义(dngy)1.1.在体系的矿物相中不计入化学计量式的组分，在岩石中含量通常是ppm(10-6)及ppb(10-9)级;2.2.不影响所在体系的物理/化学特性;3.3.近似服从(fcng)稀溶液定律（Henry定律）(ai=Kbi)第6页/共48页第六页，共48页。HenryHenry定律定律(dngl)(dngl)

4、ai=Kbi分配分配分配分配(fnpi)(fnpi)(fnpi)(fnpi)达平衡时微量元素达平衡时微量元素达平衡时微量元素达平衡时微量元素i i i i在各相间的化学势相等，其活度在各相间的化学势相等，其活度在各相间的化学势相等，其活度在各相间的化学势相等，其活度（aiaiaiai）正比于其摩尔浓度）正比于其摩尔浓度）正比于其摩尔浓度）正比于其摩尔浓度(bi)(bi)(bi)(bi)第7页/共48页第七页，共48页。第8页/共48页第八页，共48页。第9页/共48页第九页，共48页。1.2.微量元素的重要性微量元素的重要性DM Shaw,2007.Trace elements in magm

5、as.Cambridge University Press第10页/共48页第十页，共48页。1.2.微量元素的重要性微量元素的重要性n n微量元素含量微量元素含量微量元素含量微量元素含量(hnling)(hnling)(hnling)(hnling)高度变化高度变化高度变化高度变化;n n微量元素地球化学行为多样微量元素地球化学行为多样微量元素地球化学行为多样微量元素地球化学行为多样;n n微量元素比常量元素变化更灵敏。微量元素比常量元素变化更灵敏。微量元素比常量元素变化更灵敏。微量元素比常量元素变化更灵敏。微量元素可以提供大量有关岩石成因及地质作用(zuyng)过程的信息。第11页/共48

6、页第十一页，共48页。含量高度含量高度含量高度含量高度(god)(god)(god)(god)变化变化变化变化n nNote magnitude of major element changesn Harker variation diagram for 310 analyzed volcanic rocks from Crater Lake(Mt.Mazama),Oregon Cascades.Data compiled by Rick Conrey(personal communication).From Winter(2001)An Introduction to Igneous and

7、 Metamorphic Petrology.Prentice Hall.第12页/共48页第十二页，共48页。n nMagnitude of trace Magnitude of trace element changeselement changesn nHarker Diagram for Crater Lake.From data Harker Diagram for Crater Lake.From data compiled by Rick Conrey.From Winter(2001)compiled by Rick Conrey.From Winter(2001)An Int

8、roduction to Igneous and Metamorphic An Introduction to Igneous and Metamorphic Petrology.Prentice Hall.Petrology.Prentice Hall.第13页/共48页第十三页，共48页。微量元素的地球化学微量元素的地球化学微量元素的地球化学微量元素的地球化学(d qi hu xu)(d qi hu xu)(d qi hu xu)(d qi hu xu)行为行为行为行为在熔体在熔体/溶液溶液-固体共存固体共存(gngcn)(gngcn)体系（岩石体系（岩石部分熔融或岩浆分离结晶）中：部分熔

9、融或岩浆分离结晶）中：离子半径离子半径 大半径离子优先进入溶液大半径离子优先进入溶液/熔体熔体离子电价离子电价 高电价离子优先进入溶液高电价离子优先进入溶液/熔体熔体.第14页/共48页第十四页，共48页。火成岩岩石学中一些非常火成岩岩石学中一些非常(fichng)(fichng)有用的微量元素有用的微量元素元素元素岩石成因指示岩石成因指示Ni,Co,Cr高度相容元素.Ni(Co)在橄榄石中富集,Cr在尖晶石和单斜辉石中富集。高含量指示地幔来源。V,Ti二者在Fe-Ti氧化物(钛铁矿和钛磁铁矿)中都是高度相容元素.如果二者行为不一致，那么Ti很可能被分馏进入了一种副矿物相（如榍石或金红石）Zr

10、,Hf高度不相容元素，它们很难类质同象替代主要硅酸盐矿物，但可能替代榍石和金红石中的TiBa,Rb高度不相容元素，可以替代钾长石、云母和角闪石中的K。相对于角闪石，Rb在钾长石和云母中更容易发生类质同象替代，因此通过K/Ba比值变化可以区分这些矿物相。Sr可以替代斜长石中的Ca，但不会替代辉石中的Ca；可以少量替代钾长石中的K。在斜长石稳定存在的低压条件下，表现出相容元素特征；在斜长石不稳定的高压条件下，表现出不相容元素特征。REEHREE比LREE更容易进入石榴石；辉石和角闪石具有类似特征。斜长石、榍石和磷灰石更容易结合LREE；Eu2+会强烈分离进入斜长石。Y和HREE行为相似，会强烈分离

11、进入石榴石和角闪石。榍石和磷灰石也会富集Y，如果榍石和磷灰石作为副矿物，那么它们对Y的分布具有强烈的控制作用。After Green(1980).Tectonophys.,After Green(1980).Tectonophys.,6363,367-385,367-385第15页/共48页第十五页，共48页。第16页/共48页第十六页，共48页。LaCePrNdSmEuGdTbDyHoErTmYbLu110100Rock/ChondriteLaCePrNdSmEuGdTbDyHoErTmYbLu110100Rock/ChondriteLaCePrNdSmEuGdTbDyHoErTmYbLu1

12、10100Rock/ChondriteLaCePrNdSmEuGdTbDyHoErTmYbLu110100Rock/Chondrite Mantle New crustaladditionsLower crustUpper crust IntracrustalClastic sediments Differen-tiationEu anomaly as a probe for crustal evolutionand lower crust delaminationLaCePrNdSmEuGdTbDyHoErTmYbLu110100Rock/ChondriteTotal crust after

13、 delami-ationDelaminationEuEuEuEuEu第17页/共48页第十七页，共48页。微量元素比常量微量元素比常量微量元素比常量微量元素比常量(chngling)(chngling)(chngling)(chngling)元素变化更灵敏元素变化更灵敏元素变化更灵敏元素变化更灵敏1.1.矿物相中常量元素变化受矿物化学计量(jling)式的制约；微量元素不受化学计量(jling)式制约。2.2.常量元素通常会受到所在体系的缓冲作用，当体系成分改变时常量元素含量变化较小，但微量元素会发生成倍变化（WHY？）。第18页/共48页第十八页，共48页。第19页/共48页第十九页，共4

14、8页。1.3.微量元素的测定微量元素的测定(cdng)n n?n n?n n?n n?n n?n n?n n?第20页/共48页第二十页，共48页。第21页/共48页第二十一页，共48页。第22页/共48页第二十二页，共48页。第23页/共48页第二十三页，共48页。数据数据(shj)的获得的获得n n与已知样品(yngpn)进行对比y=0.8627x+0.3289R2=0.99980102030405060020406080元素(yun s)i 测定值)元素i理论值标准样品未知样品第24页/共48页第二十四页，共48页。1.1.ICP-AES(Inductively coupled plas

15、ma-atomic emission spctrometry)2.2.ICP-MS(Inductively coupled plasma-mass spctrometry)3.3.AAS(Atomic absorption spectrometry)4.4.XRF(X-ray fluorescence spectrometry)5.5.Neutron Activation Analysis6.6.TIMS,SIMS第25页/共48页第二十五页，共48页。参考书目参考书目n nRobin Gill,1999.Modern Analytical Geochemistry.Person Educat

16、ion Limited.第26页/共48页第二十六页，共48页。ICP-AESICP-AESInductively coupled plasma-atomic emission spctrometryInductively coupled plasma-atomic emission spctrometryn n1960s,1960s,原子发射光谱作为实验技术得到发原子发射光谱作为实验技术得到发展；展；n n1970s,1970s,出现出现(chxin)(chxin)商品化原子发射光谱商品化原子发射光谱仪；仪；n n1980s,1980s,原子发射光谱仪成为许多应用领域原子发射光谱仪成为许多应

17、用领域的首选分析方法。的首选分析方法。第27页/共48页第二十七页，共48页。n nICP 最初是作为(zuwi)高温条件下生长晶体的介质而设计的（Reed,1961）n n高温特征第28页/共48页第二十八页，共48页。原理原理(yunl)(yunl)n当高频发生器接通电源后，高频电流当高频发生器接通电源后，高频电流I I通过感通过感应线圈产生交变磁场应线圈产生交变磁场(绿色绿色)。n开始时，管内为开始时，管内为ArAr气，不导电，需要用高压气，不导电，需要用高压电火花触发，使气体电离后，在高频交流电电火花触发，使气体电离后，在高频交流电场的作用下，带电粒子高速运动，碰撞场的作用下，带电粒子

18、高速运动，碰撞(pn(pn zhun)zhun)，形成，形成“雪崩雪崩”式放电，产生等离子式放电，产生等离子体气流。在垂直于磁场方向将产生感应电流体气流。在垂直于磁场方向将产生感应电流（涡电流，粉色），其电阻很小，电流很大（涡电流，粉色），其电阻很小，电流很大(数百安数百安)，产生高温。又将气体加热、电离，产生高温。又将气体加热、电离，在管口形成稳定的等离子体焰炬。在管口形成稳定的等离子体焰炬。第29页/共48页第二十九页，共48页。ICP-AESICP-AES第30页/共48页第三十页，共48页。全谱直读等离子体全谱直读等离子体(dnglzt)(dnglzt)光谱仪光谱仪n采用CID阵列检测

19、器，可同时检测165800nm波长范围内出现的全部谱线；n中阶梯光栅分光系统，仪器结构紧凑，体积大大缩小；n兼具多道型和扫描型特点；CID：电荷注入式检测器(charge injection detector),2828mm半导体芯片上，26万个感光(gn gung)点点阵(每个相当于一个光电倍增管).第31页/共48页第三十一页，共48页。仪器仪器(yq)(yq)特点特点:1.测定每个元素可同时选用测定每个元素可同时选用(xunyng)多条谱线；多条谱线；2.可在一分钟内完成可在一分钟内完成70个元素的定量测定；个元素的定量测定；3.可在一分钟内完成对未知样品中多达可在一分钟内完成对未知样品

20、中多达70多元素的定性；多元素的定性；4.1mL的样品可检测所有可分析元素；的样品可检测所有可分析元素；5.扣除基体光谱干扰；扣除基体光谱干扰；6.全自动操作；全自动操作；7.分析精度：分析精度：0.5%。第32页/共48页第三十二页，共48页。ICP-AES检出限检出限第33页/共48页第三十三页，共48页。ICP-MSInductively coupled plasma-massspectrometry第34页/共48页第三十四页，共48页。ICP-MS检出限：检出限：ppt(10-12)第35页/共48页第三十五页，共48页。第36页/共48页第三十六页，共48页。第37页/共48页第三

21、十七页，共48页。优优点点(yudin)1.1.质谱图质谱图质谱图质谱图(m/z)(m/z)简单易识别（即使是复杂基体）简单易识别（即使是复杂基体）简单易识别（即使是复杂基体）简单易识别（即使是复杂基体）2.2.在整个质量范围内，绝大多数元素的灵敏度一在整个质量范围内，绝大多数元素的灵敏度一在整个质量范围内，绝大多数元素的灵敏度一在整个质量范围内，绝大多数元素的灵敏度一致致致致3.3.检出限异常低，绝大多数元素检出限异常低，绝大多数元素检出限异常低，绝大多数元素检出限异常低，绝大多数元素DL0.01ng/mL DL10(10l)l)8.8.适合于元素和同位素比值分析（比值的精密度适合于元素和同

22、位素比值分析（比值的精密度适合于元素和同位素比值分析（比值的精密度适合于元素和同位素比值分析（比值的精密度一般不会优于一般不会优于一般不会优于一般不会优于0.1%RSD0.1%RSD）。）。）。）。第38页/共48页第三十八页，共48页。LA-ICP-MS第39页/共48页第三十九页，共48页。Gnther and Hattendorf,2005 第40页/共48页第四十页，共48页。第41页/共48页第四十一页，共48页。优优点点(yudin)1.1.质谱图质谱图质谱图质谱图(m/z)(m/z)简单易识别（即使是复杂基体）简单易识别（即使是复杂基体）简单易识别（即使是复杂基体）简单易识别（即

23、使是复杂基体）2.2.在整个质量范围内，绝大多数元素的灵敏度一致在整个质量范围内，绝大多数元素的灵敏度一致在整个质量范围内，绝大多数元素的灵敏度一致在整个质量范围内，绝大多数元素的灵敏度一致3.3.检出限异常检出限异常检出限异常检出限异常(ychng)(ychng)低，绝大多数元素低，绝大多数元素低，绝大多数元素低，绝大多数元素DL0.01ng/mL(DL10(10l)l)8.8.适合于元素和同位素比值分析（比值的精密度一适合于元素和同位素比值分析（比值的精密度一适合于元素和同位素比值分析（比值的精密度一适合于元素和同位素比值分析（比值的精密度一般不会优于般不会优于般不会优于般不会优于0.1%

24、RSD0.1%RSD）9.9.可以进行原位空间分辨分析，深度分析可以进行原位空间分辨分析，深度分析可以进行原位空间分辨分析，深度分析可以进行原位空间分辨分析，深度分析第42页/共48页第四十二页，共48页。1101001000100001000001000000100000001177353529705881105712331409La139Pb208U23811010010001000010000010000001000000036384042La139Pb208U238第43页/共48页第四十三页，共48页。第44页/共48页第四十四页，共48页。第45页/共48页第四十五页，共48页。I

25、n In situ?situ?MajorMajorTracesTracesIsotopesIsotopesXRFXRFY YSomeSomeCheap and robustCheap and robustEMPEMPY YY YSomeSomeCheapCheapICP-AESICP-AESY YY YReplaced by ICP-MSReplaced by ICP-MSICP-MSICP-MSY YY YDe facto standardDe facto standardLA-ICP-MSLA-ICP-MSY YY YY YSomeSomeIncreasingly Increasingly

26、 popular;expensive,popular;expensive,robust once set up.robust once set up.Lot of potential Lot of potential for isotopesfor isotopesID-TIMSID-TIMS(possible)(possible)Y YBasic tool for Basic tool for geochronology.geochronology.Complicated to use Complicated to use(clean chemistry)(clean chemistry)S

27、HRIMPSHRIMPY YY YRegarded as stadard Regarded as stadard for geochrono,but for geochrono,but extremely expensive extremely expensive and difficult to and difficult to use.Will probably use.Will probably be replaced by LA be replaced by LA ICP MSICP MS第46页/共48页第四十六页，共48页。The end第47页/共48页第四十七页，共48页。感谢您的观看感谢您的观看(gunkn)！第48页/共48页第四十八页，共48页。