固体进样-ETV-ICP-MS直接分析碘和超痕量129I的方法研究及其应用

Because of hydrophilia, aerophily, sulphophile and bilological affinity for iodine, 129I is not only one of the important nuclides for evaluating the nuclear pollution levels and the diffusion regularity, but also a indicator for investigating the cycle of earth’s materials, environmental evolution, hydrological and geological process. In our work, a method based on the solid sampling-ETV-ICP-MS will be used to directly analyze iodine and ultra-trace of iodine-129. The influences of evaporator and matrix modifier for the pyrolysis and evaporation behavior of iodine will be explored. And after the design and temperature program of ETV is optimized and the modified adsorption material for iodine is applied, online separation and enrichment of iodine will achieved. Carbon compounds that can modify the ionization efficiency of iodine, will be introduced to the ICP to improve the sensitivity of 129I, which has a high ionization energy; the technology of dynamic reaction/collision will be applied to eliminate the spectral interference by mixed reaction gas, such as, 129Xe+ and 127IH2+. Combining with optimally quantitative correction strategy, the matrix effect on the result will be reduced. Based on above techniques, a high sensitivity and low interference method will be established to directly determinate the iodine and ultra-trace of iodine-129, which will be used to analyze the distribution of 127I and 129I from datong basin, where the iodine is enriched in. This is a new means for in-depth research of geochemical characteristics, sources and regularities of migration and enrichment for iodine.

由于碘具有亲水、亲气、亲硫、亲生物的特性，129I不仅是评价核污染水平及扩散规律的重要核素之一，同时作为示踪剂在探讨地球物质循环、沉积环境演化、水文和地质过程等研究中具有重要意义。本项目提出了基于固体进样-ETV-ICP-MS直接分析碘及超痕量129I的分析方法。通过考察蒸发器材料与形状及基体改进剂对碘热解和蒸发行为的影响，优化ETV系统的设计和升温程序，并采用改性后的碘吸附材料，实现高效、快速的碘的在线分离富集；在ICP中引入适量的含碳化合物，改善高电离能碘的电离效率，结合动态碰撞反应池技术，消除129Xe+、127IH2+等的质谱干扰，并优化定量校正方案；建立固体样品中碘和超痕量129I的高灵敏度、低干扰的直接分析方法。以高碘的大同盆地为研究对象，获取准确的127I和129I分布信息，为深入研究碘的地球化学特征、探讨碘的来源及迁移富集规律提供一种新的技术手段和方法。

碘是一种广泛存在于自然界中的卤素元素，由于其具有亲水、亲气、亲硫、亲生物的特性，因此碘及其同位素不仅是评价区域地球化学环境与核污染水平及扩散规律的重要核素之一，同时作为示踪剂在探讨地球物质循环、沉积环境演化、水文和地质过程、追踪矿化过程规律等研究中具有重要意义。然而，绝大部分环境和地质样品中碘含量都极低，地壳中碘含量仅为1.4mg kg-1，因此建立超痕量碘及其同位素的测定方法是一项具有挑战性的工作。本研究基于固体进样电热蒸发电感耦合等离子体质谱（SS-ETV-ICP-MS）技术建立了高通量测定地质样品中痕量碘的分析方法。为了获取碘的有效信号，本研究对传输系统进行了改造并优化的电热蒸发系统；设计正交实验研究了固体颗粒粒径对信号的影响，利用研磨提高固体样品的均一性从而改善信号的稳定性；针对碘在分析过程中易损失、易被吸附的特点，本研究在灰化步骤时向多孔碳舟中加入硝酸钯（4 μg Pd）和40 μg抗坏血酸作为化学改性剂以减少分析物的损失，随后，在热解过程中加入200 μg柠檬酸钠，以提高碘的转移效率和电离效率；通过电热蒸发系统不仅可有效地将被分析物从样品基体中分离出来，而且样品用量小、分析速度快，通过对碘的分析性能的考察，验证了该方法显著提高了地质样品中痕量碘分析性能和样品通量，单个样品的分析时间仅12-15min，且该方法对岩石、土壤和沉积物的检出限分别为11 ng g-1、9 ng g-1和8 ng g-1。通过对岩石、土壤、水系沉积物等地质标准参考物质的评价，表明该分析方法的灵敏度、精密度和准确度达到地质环境类样品分析的需求，为深入研究碘的地球化学特征、探讨碘的来源及迁移富集规律提供一种新的技术手段和方法。