La Red de Conocimientos Pedagógicos - Currículum vitae - Análisis de activación de neutrones multielementos de muestras estándar geoquímicas chinas

Análisis de activación de neutrones multielementos de muestras estándar geoquímicas chinas

Zhang Yunjun, Li Xingbin, Song Linshan

Instituto de Geofísica y Exploración Geoquímica, Ministerio de Geología y Recursos Minerales de China

Yuan Ling, Chen

Instituto de Energía Atómica, Academia de Ciencias de China

Por ejemplo, Wang, Sun Jingxin

Instituto de Física de Altas Energías, Academia de Ciencias de China

36 tipos de Se determinaron muestras estándar geoquímicas del Ministerio de Geología y Recursos Minerales de China mediante análisis de activación de neutrones. Tres laboratorios (Instituto de Energía Atómica de la Academia China de Ciencias (ENAA INAA), Instituto de Física de Altas Energías de la Academia China de Ciencias (INAA) e Instituto de Exploración Geofísica y Geoquímica del Ministerio de Geología y Recursos Minerales (PNAA). INAA)) realizó estudios sistemáticos sobre las muestras, utilizando tres tecnologías principales: instrumentación, neutrones epitermales y análisis de activación de neutrones separados previos a la irradiación (INAA, ENAA, PRAA). Se utilizaron radiaciones largas y cortas, así como detectores de Ge(Li) y HPGe. Se desarrolló un paquete de software de asistencia al procesamiento de datos. Entre los datos medidos por el método de activación de neutrones, aproximadamente 865438±0% son consistentes con el valor recomendado y el error está dentro de 65438±05%.

El Instituto de Exploración Geofísica y Geoquímica del Ministerio de Geología y Recursos Minerales ha preparado tres series de muestras geoquímicas de referencia: sedimento de río (GSD), suelo (GSS) y roca (GSR). Se seleccionaron ocho muestras de sedimentos de arroyos, GSD 1–8, de áreas consideradas representativas de los tipos de sedimentos en China. Xie (1) proporciona la provincia donde se encuentran los puntos de muestreo y la litología de las rocas en la cuenca de muestreo.

Experimental

Estándares

Los estándares de solución primaria se utilizan para la estandarización. Se combinan conjuntos de 3 a 5 elementos sin interferencia energética importante entre sí para formar estándares de elementos múltiples. También se utilizaron muestras de referencia USGS GXR 1-6, USGS-AGV-1, NES-SRM-1362a y CCRMP SY-2 y SY-3. Pipetee un volumen predeterminado de solución estándar sobre una película plástica o un trozo circular de papel de filtro y empaquete la película o el papel de filtro en papel de aluminio de alta pureza (2).

Preparación e irradiación de la muestra

Seque el polvo uniforme de la muestra en un horno a 90 ℃ -110 ℃ durante más de 3 horas y luego pese la parte de la muestra (20-100 mg) con precisión. sobre papel de aluminio. Todas las muestras y estándares se colocaron en contenedores de irradiación de aluminio para INAA y PNAA, y en contenedores de nitruro de boro (BN3) para ENAA. Los tiempos de irradiación varían de 2 a 5 minutos para el disprosio y el manganeso, de 72 a 65 horas para la plata y de 3 a 23 horas para otros elementos. Para la irradiación se utilizan piscinas y reactores de agua pesada. Los flujos de neutrones térmicos son (1-2,4)*1013n 1cm-2s-1 y (5-7)*1013n 1cm-2s-1 respectivamente.

La tecnología de separación previa a la irradiación se utiliza para mejorar la sensibilidad analítica del oro y los elementos de tierras raras. Para el oro, la porción de muestra (10-20 g) se disolvió en agua regia y el oro se adsorbió en carbón activado, mientras que para las tierras raras, la porción de muestra (1 g) se fundió en peróxido de sodio y se trató con PMBP ( 1-fenil 1 -3-metil 1-4-benzoil-5-pirazolinona) para extraer tierras raras.

Equipos y Medidas

Para medir el espectro gamma se utilizaron dos tipos de sistemas de adquisición de datos Canberra (SCORPIO-3000 y JUPITER). Los detectores coaxiales de germanio (litio) cubren el rango de energía de 60 a 2000 keV, y los detectores planos de germanio de alta pureza (HPGe) cubren el rango de energía de 30 a 300 keV. Los tres laboratorios utilizan germanio (litio) para sus mediciones, pero además el Instituto de Exploración Geofísica y Geoquímica también utiliza germanio de alta pureza para medir muchos elementos de tierras raras como el hafnio, el tantalio y el tungsteno.

Después de un período de descomposición determinado, la muestra irradiada se transfiere a un vial de recuento en la guantera. Ajuste la distancia entre la muestra iluminada y el detector para evitar que el tiempo muerto del ADC (convertidor analógico a digital) supere el 10%. Se eligieron diferentes tiempos de enfriamiento para determinar isótopos con diferentes vidas medias. Dependiendo de la intensidad de la actividad de la muestra, el tiempo de recopilación de datos es de 500, 1000 o 2000 segundos.

Procesamiento de datos

Transfiera los espectros de varias muestras a CD, procéselos con los paquetes de software SPECT-RAN-F y SPCSUP para obtener las concentraciones de elementos en las muestras e imprímalos. Emitir diversos informes.

SPECTRAN-F fue desarrollado en Canberra; SPCSUP es un paquete de software que complementa SPECT-RAN-F, escrito en BASIC y diseñado por el Instituto de Laboratorio de Exploración Geofísica y Geoquímica. Cuando el número de estándares de elementos es igual o mayor a 3, la curva de calibración se calcula mediante el método de mínimos cuadrados. Las interferencias de fisión U de estándares y muestras se corrigen automáticamente.

Se utilizan hasta cuatro rayos gamma para determinar la concentración; los resultados obtenidos para cada línea se almacenan de forma independiente. En el promedio sólo se incluyen los resultados de rayos gamma con interferencias admisibles, dependiendo del tiempo de enfriamiento y la complejidad de la matriz de muestra. Los principales parámetros utilizados por NAA enumerados en la Tabla 1 se obtienen de (3-5).

Resultados y Discusión

Tres laboratorios de activación de neutrones midieron 36 elementos en GSD 1-8, lo que representó los valores recomendados (1) y el número total de elementos certificados (54). ) 66,7%. Los resultados obtenidos por NAA para 36 elementos de GSD 1-8 se enumeran en la Tabla 2 junto con los valores recomendados (RV). Dos o tres laboratorios de la NAA obtuvieron datos sobre el elemento 31. Los cinco elementos restantes fueron proporcionados por uno de los laboratorios de la NAA: galio del Instituto de Energía Atómica del IAE, bromo y níquel del Instituto de Física de Altas Energías IHEP, y oro y holmio del Instituto de Exploración Geofísica y Geoquímica. gramo). La desviación estándar de la mayoría de los elementos es menor o igual al 15%.

La mayoría de nuestros datos no solo son consistentes entre los tres laboratorios, sino también con los valores recomendados, que fueron calculados a partir de los datos de 41 laboratorios utilizando una variedad de métodos analíticos. El Instituto de Geofísica y Geoquímica realizó un análisis estadístico de las diferencias entre los datos del detector (LI) y los valores recomendados. Entre 214 diferencias, 95 (44,4%) coincidieron con RV dentro de 173, o 80,8% de acuerdo dentro de 15%; y 195, o el 91,1%, están de acuerdo dentro del 25% del valor recomendado. Los datos del detector de germanio (litio) generalmente coinciden con los valores recomendados, lo que confirma la importancia de la NAA en geoquímica.

El Instituto de Exploración Geofísica y Geoquímica obtuvo resultados de nueve elementos (cerio, gadolinio, hafnio, neodimio, samario, tantalio, tulio, tungsteno e iterbio) utilizando germanio de alta pureza en el rango de baja energía. es mayor que el del germanio (litio). Por ejemplo, el detector HPGe puede distinguir mejor los siguientes picos: Gd-153 a 97,4 keV, Ta-182 a 100,3 keV y Sm-153 a 103,2 keV. No es necesario esperar mucho tiempo para que se desintegre el Sm-153, ni corregir la interferencia del Ta-182 para medir el pico del Gd-15397,4 keV.

Al medir galio y tungsteno, ENAA ayuda a suprimir la interferencia del Na-24 y, a veces, del Br. La interferencia de Na-24 en el INAA de algunas muestras geológicas es un problema grave y siempre se debe realizar una corrección de esta interferencia.

La ventaja de la tecnología de separación previa a la radiación de Au es que puede evitar interferencias (Eu-152411 keV y Ho-166m 465 438+00,8 keV para Au 198411,8 keV) y reducir el límite de detección de Au a 0,05 ppb. El uso de alícuotas de muestra más grandes (10-20 g) en las técnicas de aislamiento de oro, en lugar de alícuotas más pequeñas (menos de 100 mg) que normalmente se usan en los procedimientos de INAA, ayuda a evitar grandes diferencias en los datos de oro que pueden deberse al río. Esto puede deberse a la presencia de pequeñas partículas de oro libre en el sedimento.

La tecnología de separación previa a la irradiación de elementos de tierras raras no solo evita efectos similares, sino que también ayuda a determinar con mayor precisión otros elementos de tierras raras, como Ho, Tm y Gd. Ho es difícil de determinar utilizando INAA.

Agradecimiento

Nos gustaría agradecer a Li Changcuo, Zhao Meizhuo y Shi Jianwen del Instituto de Exploración Geofísica y Geoquímica, Ministerio de Geología y Recursos Minerales, y a Zhang Yuanji del Instituto. de Física de Altas Energías, Academia China de Ciencias, por participar en este trabajo. También nos gustaría agradecer a Cheng del Laboratorio Central de la Oficina Provincial de Geología de Shaanxi por su ayuda en el aislamiento de elementos de tierras raras. Un agradecimiento especial a F.J. Flanagan del USGS por su cuidadosa revisión y edición de este artículo.

Tabla 1. Los principales parámetros utilizados en la NAA (en la columna de rayos gamma, A, B y C son subíndices adicionales utilizados por el Instituto de Exploración Geofísica y Geoquímica en su procesamiento de datos para identificar un mismo isótopo con diferentes rayos gamma nativos. Germanio (litio) detector.

h, detector HPGe)