GCMS测定法在土壤金属矿勘查中的应用

2021-12-01康波波

世界有色金属 2021年9期

康波波

（安徽省地勘局第一水文工程地质勘查院，安徽蚌埠 233000）

土壤中含有大量金属元素，对其成分、浓度进行有效测定，可以为勘查金属矿提供依据。在此环节，研究人员需要从勘查区域之中采集土壤样本，并且基于合适的检测手段完成土壤成分分析。GCMS测定法是一种常用于土壤污染物检测分析的技术，利用该技术可以充分满足土壤金属矿勘查需求。

1 GCMS测定法概述

GCMS测定法全称气相色谱质谱联用测定法，是一种被广泛应用在环保、电子、医药、食品安全等行业的检测技术，可为环境有机污染物分析、药物残留检测分析、香精香气成分检测分析以及纺织品有害物质检测分析提供技术支持。

在使用GCMS测定法时，技术人员需要借助气相色谱质谱联用仪完成样品测定，该仪器主要由真空系统、进样系统、离子源、质量分析器、检测器和数据采集与仪器控制工作站组合而成。目前，气相色谱质谱联用仪普遍具有良好的数据采集功能、数据处理功能和操作便捷性，基于此可准确的定性、定量结果数据，还能集成NIST谱图检索功能，可为提高样品检测分析质效提供保障[1]。

在实际应用环节，当混合样品进入色谱柱以后，其内部成分会在吸附剂的作用下形成运行速度差，其中吸附力弱的成分容易解吸，最终离开色谱柱进入检测器，组分吸附力越强离开色谱柱的时间就越长。当样品中的所有组分被分离后依次进入检测器时，检测仪器会完整而清晰地记录相关数据，从而为有效分析提供辅助。以上，就是GCMS测定法的主要应用原理。

2 土壤金属矿勘查技术

2.1 前期踏勘准备

一方面，在土壤金属矿勘查中前期踏勘环节的调查结果将直接影响到后续设计阶段的工作布置情况，例如倘若未能针对拟工作区范围内第四纪覆盖物的类型进行全面调查掌握，未能收集关于第四纪覆盖物厚度的完整资料，可能导致选取覆盖物厚度超过2m的区域进行土壤金属矿的勘测，影响到实际测量结果精度。另一方面，在设计阶段需做好拟工作区成矿规律、矿床特征以及平面展布特征的调查，便于识别出勘探目标体存在的异常信息，避免为后续勘查环节留下安全隐患。

2.2 粒级试验结果

通常不同土壤的粒级组成存在显著差异，需通过开展粒级试验进行主成矿元素粒级特征的判断，否则将干扰待测金属矿的测量结果，导致加工成品的粒级非自然粒级。

2.3 采样控制精度

土壤采样是调查了解土壤结构类型的前提条件，以母质层为代表的层级其埋藏深度与覆盖厚度往往成正比，而不同测区的覆盖物厚度存在一定差异，为采样环节的指标控制带来较大难度。

当前主要采用层位控制采样方法进行采样控制，但还需结合覆盖物的厚度指标进行采样工具的合理选择与采样方法的科学使用，同时对于采样人员的专业度提出较高要求，倘若采样人员缺乏专业知识基础，在实际采集样品环节可能无法有效甄别并采集到符合要求的层位样品，对金属矿勘查工作实效构成影响。

3 土壤金属矿勘查中的GCMS测定法应用要点

在基于GCMS测定法勘查金属矿时，相关工作人员应该对样品土壤做好定性与定量分析，以便于获得准确数据。为此，我们对GCMS测定法在土壤金属矿勘查中的应用要点进行了论述。

3.1 仪器选用

应用GCMS测定法时，必须选用气相色谱质谱联用仪。当然，为保证样品前处理和测定效果，相关工作人员还应该合理选用作用在其他程序的仪器。在实践中，可选用GCMS-QP2020 NX或PE GCMS CLARUS600/560S作为土壤金属矿勘查的GCMS检测仪器。在选定检测仪器后，相关工作人员需要明确仪器组成并完成仪器性能、参数的检验，从而保证检测仪器的可用性。

此时，相关工作人员还应该从实际出发，对气相色谱质谱联用仪的数据采集模式也就是检测方法进行调整，为提高土壤成分检测科学性和准确性做好准备[2]。比如，基于全程扫描模式（总离子流色谱法）开展定性检测；基于选择性离子检测模式开展定量检测。此外，金属矿勘查人员还应该合理做好质量分析器的选用工作。比如，合理选用飞行时间质量分析器、离子阱质量分析器、四级质量分析器等。

3.2 样品前处理

利用GCMS测定法勘查金属矿时，相关工作人员必须合理制备样品，才能保证检测结果准确性。在制备样品前，检测人员需要先做好土壤样品采集工作。比如，进入待检测区域直接采集当地20cm深度土壤作为检测样本。而后，还需要对已获得的土壤进行前期处理，进而制备出可用的GCMS检测样品。在此环节，可选用以下几种方法开展样品前处理：

（1）溶剂萃取。此时可基于液-固萃取或索氏提取法完成待测土壤样品的前处理，为提高测定精确度和灵敏性奠定基础。不过，这种萃取方法存在耗用量大、提取时间长和易引入新杂质的缺陷，若操作不当会对检测精确度和回收率造成影响。

（2）微波萃取。这种样品前处理方法是萃取法与微波技术结合下的产物，能够为提高样品制备质效提供保障。在实践中，身处于微波场当中的物质之间存在介电常数差异，所以他们对微波能的吸收程度不同，自产热能和向周围传递的热能也不同，因此基于微波技术会造成萃取体系中的组分受热不均衡。在利用微波萃取法制备土壤样品时，其中的水、碱、乙醇、盐等物质能将微波能转化为热能，在吸收微波的基础上提高自身与周围的热度；而非极性分子结构物则会少量吸收微波能，金属类物质将反射微波[3]。基于此，检测人员可快速判断样品中是否含有金属类元素，可有效节约时间与试剂，更能提升样品制备精度与回收率。

（3）固相微萃取。固相微萃取源自于固相萃取，其技术原理是依照物质与溶剂之间的相似相溶性质，给予色谱固定相的吸附作用，实现组分萃取富集，从而完成样品前处理。

3.3 定量分析

基于GCMS测定法勘查土壤金属矿时，需要合理选用定量分析法，从而为有效确定土壤中的金属元素含量奠定基础。现阶段，常用的GCMS定量分析法有两种，其一是外标法；其二是内标法。

（1）外标法。应用外标法，将以样品中的待测组分纯品作为标准样品，然后通过比较样品和标准样品中待测组分的响应信号，来完成定量分析。在实际应用环节外标法共分为两种应用类型，一种是工作曲线法，应用时需基于被测品标样配制多种浓度的对照品溶液进而确定工作曲线、求取斜率和截距，再通过利用曲线确定样品中的组分浓度；另一种是外标一点法，将通过测量相同条件下的样品组分峰面积均值，计算样品组分含量。

（2）内标法。使用这种方法开展定量分析时，应将样品没有的纯物质选为内标物，并将其加入样品溶液，然后对比内标物与待测成分的相应信号，确定待测成分含量。内标物定量的结果不受进样量重复性的影响，而且只要被测物与内标物出峰且分离度达标就可以完成定量检测。不过，在选择内标物时，必须确定被测样品中不含有该物质，而且它应该是纯度达标的纯物质。虽然，内标法的定量分析结果准确性较高，但是这种方法也存在内标物不易获得、样品配置难度高的问题，所以相关工作人员需要根据实际需要谨慎选用。