中子活化分析法测定地质样品中的稀有分散元素

山　东　化　工

收稿日期：２０１９－０１－１６

基金项目：国土资源部地质大调查项目（２０００２０１９０１１１）作者简介：张会堂，高级工程师，主要从事地质实验工作。

中子活化分析法测定地质样品中的稀有分散元素

张会堂１

，２

（１．山东省金属矿产成矿地质过程与资源利用重点实验室，山东济南　２５００１３；

２．山东省地质科学研究院，山东济南　２５００１３）

摘要：国土资源大调查的新一轮地球化学填图新增３０余种元素中包括有稀散元素，要求建立相应的高新分析测试技术。为了避免化学

方法和过程引入的空白污染，本文研究了微堆中子活化分析测定稀有分散元素Ｃｓ、Ｇａ、Ｈｆ、Ｉｎ、Ｒｂ、Ｓｃ、Ｔａ、Ｚｒ的纯仪器测量条件和影响因素。通过超热中子活化分析，使Ｃｓ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｔａ、Ｚｒ等元素的检出限得以改善，分析周期也有一定的缩短。对循环中子活化方法的条件进行了研究和运用，实现了Ｈｆ和Ｓｃ快速分析。关键词：地质样品；稀有分散元素；仪器中子活化分析中图分类号：Ｏ６５７ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００８－０２１Ｘ（２０１９）０７－００９８－０３

ＤｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎｏｆＲａｒｅａｎｄＤｉｓｐｅｒｓｅｄＥｌｅｍｅｎｔｓｉｎＧｅｏｌｏｇｉｃａｌＳａｍｐｌｅｓ

ｂｙＭｉｎｉ－ｒｅａｃｔｏｒＮｅｕｔｒｏｎＡｃｔｉｖａｔｉｏｎＡｎａｌｙｓｉｓ

ＺｈａｎｇＨｕｉｔａｎｇ

１，２

（１．ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＧｅｏｌｏｇｉｃａｌＰｒｏｃｅｓｓｅｓｆｏｒＭｉｎｅｒａｌｉｚａｔｉｏｎｏｆＭｅｔａｌＭｉｎｅｒａｌａｎｄＲｅｓｏｕｒｃｅｓＵｔｉｌｉｚａｔｉｏｎｉｎＳｈａｎｄｏｎｇ

Ｐｒｏｖｉｎｃｅ，Ｊｉ＇ｎａｎ　２５００１３，Ｃｈｉｎａ；２．ＳｈａｎｄｏｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＧｅｏｌｏｇｉｃａｌＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｊｉ＇ｎａｎ　２５００１３，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｒａｒｅａｎｄｄｉｓｐｅｒｓｅｄｅｌｅｍｅｎｔｓｂｅｌｏｎｇｔｏｔｈｅｎｅｗａｄｄｅｄ３７ｅｌｅｍｅｎｔｓｉｎｇｅｏｃｈｅｍｉｃａｌｍａｐｐｉｎｇｏｆｔｈｅｎｅｗｒｏｕｎｄｏｆｌａｎｄ

ｒｅｓｏｕｒｃｅｓｓｕｒｖｅｙｉｎＣｈｉｎａ．Ｔｈｅｓｉｔｕａｔｉｏｎｒｅｑｕｉｒｅｄｔｈａｔｎｅｗａｎａｌｙｔｉｃａｌｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓｍｕｓｔｔｏｂｅｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ．Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏａｄａｐｔｔｏｔｈｉｓｄｅｍａｎｄ，ｔｈｉｓｐａｐｅｒｓｔｕｄｉｅｄｔｈｅｍｅｔｈｏｄｔｏｄｅｔｅｒｍｉｎｅｒａｒｅａｎｄｄｉｓｐｅｒｓｅｄｅｌｅｍｅｎｔｓｉｎｇｅｏｃｈｅｍｉｃａｌｓａｍｐｌｅｓｂｙｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｌｎｅｕｔｒｏｎａｃｔｉｖａｔｉｏｎａｎａｌｙｓｉｓｏｎｍｉｎｉａｔｕｒｅｎｅｕｔｒｏｎｓｏｕｒｃｅｒｅａｃｔｏｒ（ＭＮＳＲ）．Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｄｉｓｃｕｓｓｅｄｔｈｅｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｌｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ

ａｎｄｉｎｆｌｕｅｎｃｉｎｇｆａｃｔｏｒｓｏｆｔｈｅｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎｏｆｒａｒｅａｎｄｄｉｓｐｅｒｓｅｄｅｌｅｍｅｎｔｓＣｓ

，Ｇａ，Ｈｆ，Ｉｎ，Ｒｂ，Ｓｃ，Ｔａ，Ｚｒｂｙｍｉｎｉ－ｒｅａｃｔｏｒｎｅｕｔｒｏｎａｃｔｉｖａｔｉｏｎａｎａｌｙｓｉｓｓｏａｓｔｏｏｐｔｉｍｉｚｅｐｒｏｃｅｓｓｅｓｏｆｔｈｅｍｅｔｈｏｄ．Ｂｙｕｓｉｎｇｔｈｅｍｅｔｈｏｄｏｆｅｐｉｔｈｅｒｍａｌｎｅｕｔｒｏｎａｃｔｉｖａｔｉｏｎ，ｔｈｅｌｉｍｉｔｏｆ

ｄｅｔｅｃｔｉｏｎｏｆＩｎ

，Ｔａ，Ｚｒｃａｎｂｅｉｍｐｒｏｖｅｄ，ａｎｄｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓｃｙｃｌｅｈａｓｂｅｅｎｓｈｏｒｔｅｎｅｄｉｎｓｏｍｅｅｘｔｅｎｔ．Ｔｈｅｃｙｃｌｉｃｎｅｕｔｒｏｎａｃｔｉｖａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｗｅｒｅｓｔｕｄｉｅｄ，ｓｏｔｈａｔｒａｐｉｄａｎａｌｙｓｉｓｏｆＨｆａｎｄＳｃｈａｓｂｅｅｎｒｅａｌｉｚｅｄｂｙｕｓｉｎｇｔｈｉｓｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｔｈｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｍｅｔｈｏｄｃａｎｂｅｐｏｐｕｌａｒｉｚｅｄａｎｄｕｓｅｄｔｏａｎａｌｙｚｅｒａｒｅａｎｄｄｉｓｐｅｒｓｅｄｅｌｅｍｅｎｔｓｉｎｇｅｏｌｏｇｉｃａｌｓａｍｐｌｅｓ，ｉｎｗｈｉｃｈｒｅｌａｔｉｖｅｓｔａｎｄａｒｄｄｅｖｉａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｔａｒｇｅｔｅｌｅｍｅｎｔｓｉｓｗｉｔｈｉｎ３％～１３％，ｂｏｔｈｔｈｅｄｅｔｅｃｔｉｏｎｌｉｍｉｔａｎｄｔｈｅａｃｃｕｒａｃｙｍｅｅｔｔｈｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｏｆｔｈｅｇｅｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙｓｔａｎｄａｒｄｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌｓａｍｐｌｅｓ；ｒａｒｅａｎｄｄｉｓｐｅｒｓｅｄｅｌｅｍｅｎｔｓ；ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｎｅｕｔｒｏｎａｃｔｉｖａｔｉｏｎａｎａｌｙｓｉｓ（ＩＮＡＡ） 稀有分散元素在地学领域研究中占有很重要的地位，它们与其他金属矿的附存关系，使之成为地质找矿、岩石成因等地学研究的重要指示元素。这些元素在材料科学技术、特种电子元件、国防尖端武器及宇宙空间技术等方面有着独特应用。国土资源大调查的新一轮地球化学填图新增了３０余种元素，其中包括有稀散元素，要求建立相应的高新分析测试技术，提高分析的准确度和精确度。地质调查样品中稀有分散元素常用的检测方法除了中子活化分析外还有分光光度法、原子荧光光谱法、原子吸收光谱法、电感耦合等离子体发射光谱法及电感

耦合等离子体质谱法［１］

。

仪器中子活化分析（ＩＮＡＡ）应用于地质样品的无损测定，具有高的分析灵敏度和准确度、干扰少、无试剂污染、多元素同时检出的特点，为地球化学样品和生物地球化学样品中卤素和

稀有分散元素的主要的仪器分析方法之一［２－６］

。近几年有关

本专题的报道较少，根据以往文献［７－９］

，待测元素的ＩＮＡＡ测定存在基体成分干扰严重而使其精确度较差和检出限达不到要求的不足；部分元素如Ｈｆ、Ｒｂ、Ｓｃ、Ｔａ、Ｚｒ等的分析周期过长；还有超热中子活化法若选择Ｂ（及其化合物）作为热中子吸收材料，就会扰动微型反应堆中子通量从而影响分析精度，以及减短反应堆运行时间而使长照元素的检出限受影响。为消除和减少这些不利因素，需要研究新的技术方法来解决这些问题，主要有：利用加Ｃ

ｄ的内照射孔道进行超热中子活化实现有利元素如Ｃｓ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｔａ、Ｚｒ等的分析；采取循环活化方法测定兼有（如Ｈ

ｆ、Ｓｃ）短寿放射性核素的元素；将循环和超热联用结合二者优点的ＩＮＡＡ方法，正是本文研究的最主要技术创新。最终达到方法的技术指标，完成地球化学类地质样品中的稀有分散元素的ＩＮＡＡ方法研究。

１　实验部分１．１　仪器设备

ＭＮＳＲ－Ｃ型微型反应堆（中国原子能科学研究院），功率

３３ｋＷ，中子通量１×１０１２ｎ／ｓ·ｃｍ２

。

ＬＩＮＣ同轴高纯锗Ｎ型探测器，能量分辨率为２．０ｋｅＶ（对６０Ｃｏ的１３３２ｋｅＶ的γ峰），相对效率３０％，峰康比５０∶１。

ＯＲＴＥＣＤＳＰＥＣｊｒＴＭ

型８１９２道γ能谱仪（美国ＯＲＴＥＣ公司）。

超热中子辐照孔道，循环活化分析装置（中国原子能科学研究院）。

１．２　样品和标准制备

称取５０～１００ｍｇ样品，用经５０％的硝酸处理过的薄膜包好，热封制成大小约１ｃｍ×１ｃｍ的样品靶样。测量标准选用国家一级标准物质ＧＢＷ０７３１２（水系沉积物）和ＧＢＷ０７４０６（土壤），制成几何尺寸与样品一致的标准靶。将样品靶和标准靶

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８９·ＳＨＡＮＤＯＮＧＣＨＥＭＩＣＡＬＩＮＤＵＳＴＲＹ ２０１９年第４８卷