微量元素地球化学课件（中国地质大学）1微量元素的测定技术及数据分析.ppt
微量地球化学 Trace Element Geochemistry,“Geochemistry really is for everyone!” By Fersman (1958),文献阅读 课程讲授 问题思考 应用设计,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？ 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？ 如果我们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？ 如果我们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？,1.微量元素的测定技术及数据评价,1.1. 微量元素定义 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,1.1. 微量元素定义,主量元素/常量元素（Major element） 含量1%（10-2），组成主要矿物； 微量元素(Minor element)(部分副矿物) 1%（10-2）含量0.1%（10-3） 痕量元素（Trace element） 含量0.1%（10-3） 相对性,Gill R.1999, Modern analytical geochemistry. Person Education Asia Ltd. Singapore,1.1. 微量元素定义,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; 不影响所在体系的物理/化学特性; 近似服从稀溶液定律（Henry定律） (ai=Kbi),Henry定律,ai=Kbi,分配达平衡时微量元素i在各相间的化学势相等，其活度（ai）正比于其摩尔浓度 (bi),1.2. 微量元素的重要性,DM Shaw, 2007. Trace elements in magmas. Cambridge University Press,1.2. 微量元素的重要性,微量元素含量高度变化; 微量元素地球化学行为多样; 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过程的信息。,含量高度变化,Note magnitude of major element changes 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 Metamorphic Petrology. Prentice Hall.,Magnitude of trace element changes Harker Diagram for Crater Lake. From data compiled by Rick Conrey. From Winter (2001) An Introduction to Igneous and Metamorphic Petrology. Prentice Hall.,微量元素的地球化学行为,在熔体/溶液-固体共存体系（岩石部分熔融或岩浆分离结晶）中： 离子半径 大半径离子优先进入溶液/熔体 离子电价 高电价离子优先进入溶液/熔体.,火成岩岩石学中一些非常有用的微量元素,After Green (1980). Tectonophys., 63, 367-385,La,Ce,Pr,Nd,Sm,Eu,Gd,Tb,Dy,Ho,Er,Tm,Yb,Lu,1,10,100,Rock/Chondrite,La,Ce,Pr,Nd,Sm,Eu,Gd,Tb,Dy,Ho,Er,Tm,Yb,Lu,1,10,100,Rock/Chondrite,La,Ce,Pr,Nd,Sm,Eu,Gd,Tb,Dy,Ho,Er,Tm,Yb,Lu,1,10,100,Rock/Chondrite,La,Ce,Pr,Nd,Sm,Eu,Gd,Tb,Dy,Ho,Er,Tm,Yb,Lu,1,10,100,Rock/Chondrite,Mantle,New crustal,additions,Lower crust,Upper crust,Intracrustal,Clastic,sediments,Differen-,tiation,Eu anomaly as a probe for crustal evolution and lower crust delamination,La,Ce,Pr,Nd,Sm,Eu,Gd,Tb,Dy,Ho,Er,Tm,Yb,Lu,1,10,100,Rock/Chondrite,Total crust after delami- ation,Delamination,Eu,Eu,Eu,Eu,Eu,微量元素比常量元素变化更灵敏,矿物相中常量元素变化受矿物化学计量式的制约；微量元素不受化学计量式制约。 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？）。,1.3. 微量元素的测定,? ? ? ? ? ? ?,数据的获得,与已知样品进行对比,y = 0.8627x + 0.3289,R,2,= 0.9998,0,10,20,30,40,50,60,0,20,40,60,80,元素i 测定值),元素i理论值,标准样品,未知样品,ICP-AES (Inductively coupled plasma-atomic emission spctrometry) ICP-MS(Inductively coupled plasma-mass spctrometry) AAS (Atomic absorption spectrometry) XRF (X-ray fluorescence spectrometry) Neutron Activation Analysis TIMS, SIMS,参考书目,Robin Gill, 1999. Modern Analytical Geochemistry. Person Education Limited.,ICP-AES Inductively coupled plasma-atomic emission spctrometry,1960s,原子发射光谱作为实验技术得到发展； 1970s,出现商品化原子发射光谱仪； 1980s,原子发射光谱仪成为许多应用领域的首选分析方法。,ICP 最初是作为高温条件下生长晶体的介质而设计的（Reed, 1961） 高温特征,原理,当高频发生器接通电源后，高频电流I通过感应线圈产生交变磁场(绿色)。 开始时，管内为Ar气，不导电，需要用高压电火花触发，使气体电离后，在高频交流电场的作用下，带电粒子高速运动，碰撞，形成“雪崩”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（涡电流，粉色），其电阻很小，电流很大(数百安)，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。,ICP-AES,全谱直读等离子体光谱仪,采用CID阵列检测器，可同时检测165800nm波长范围内出现的全部谱线； 中阶梯光栅分光系统，仪器结构紧凑，体积大大缩小； 兼具多道型和扫描型特点；CID：电荷注入式检测器(charge injection detector), 28×28mm半导体芯片上，26万个感光点点阵( 每个相当于一个光电倍增管).,仪器特点:,测定每个元素可同时选用多条谱线； 可在一分钟内完成70个元素的定量测定； 可在一分钟内完成对未知样品中多达70多元素的定性； 1mL的样品可检测所有可分析元素； 扣除基体光谱干扰； 全自动操作； 分析精度：0.5%。,ICP-AES检出限,ICP-MS Inductively coupled plasma-mass spectrometry,ICP-MS 检出限：ppt (10-12),优点,质谱图(m/z)简单易识别（即使是复杂基体） 在整个质量范围内，绝大多数元素的灵敏度一致 检出限异常低，绝大多数元素DL10l) 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0.1%RSD）。,LA-ICP-MS,Günther and Hattendorf, 2005,优点,质谱图(m/z)简单易识别（即使是复杂基体） 在整个质量范围内，绝大多数元素的灵敏度一致 检出限异常低，绝大多数元素DL10l) 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0.1%RSD） 可以进行原位空间分辨分析，深度分析,1,10,100,1000,10000,100000,1000000,10000000,1,177,353,529,705,881,1057,1233,1409,La139,Pb208,U238,1,10,100,1000,10000,100000,1000000,10000000,36,38,40,42,La139,Pb208,U238,The end,
