Аналитические подходы к количественному определению содержаний химических элементов в углях и углистых породах с использованием методов ИСП-МС и ИНАА

Abstract

Актуальность исследования обусловлена значительным интересом ученых, работающих в области угольной геологии, и специалистов химико-аналитических лабораторий, практикующих элементный количественный анализ объектов окружающей среды, к проблематике высокоточного определения низких содержаний химических элементов в углях и угольных материалах для последующего применения полученных данных при решении научных и различных технологических задач. Цель: рассмотреть и обобщить наиболее часто используемые методические подходы к определению химических элементов в широком диапазоне их содержаний в углях (угольных материалах), а также оценить правильность и точность результатов метода ИСП-МС после открытого кислотного разложения проб и их сплавления с метаборатом лития, сопоставлением получаемых данных с результатами метода ИНАА и статистической обработкой данных. Объекты: угли, углистые алевролиты и углефицированная древесина месторождения германия Спецугли, расположенного на юго-западной окраине Ханкайского массива в восточной части Павловской угленосной впадины, Приморский край. Методы: масс-спектрометрия с индуктивно-связанной плазмой (ИСП-МС), применённая после перевода исследуемых образцов в растворенную форму, и неразрушающий метод количественного инструментального нейтронно-активационного анализа (ИНАА). Для обработки полученных результатов были использованы методы математической статистики. Результаты. Получены результаты ИСП-МС анализа трех стандартных образцов утвержденного типа (СО) состава золы уноса угля КАТЭКа ГСО 9237-2008 (ЗУК-2), золы бурого угля Азейского месторождения ГСО 7177-95 (ЗУА-1) и битуминозного угля CLB-1 Геологической службы США, представленные в виде данных об их микроэлементном составе в сравнении с аттестованными и рекомендованными значениями. Результаты определения части элементов, приведенные нами, дополняют представленные в паспорте данные по этим СО. Проведено сопоставление ИСП-МС результатов анализа для проб углей и углистых пород после различных способов химической пробоподготовки: методики открытого кислотного разложения и сплавления с метаборатом лития. Изучено поведение отдельных элементов во время этих процессов. Выполнено сравнение полученных данных по ИСП-МС и ИНАА методам. Все результаты обработаны метрологически, и показано их допустимое расхождение.

The relevance of the study is caused by significant interest of scientists working in the field of coal geology and specialists of chemical and analytical laboratories practicing quantitative elemental analysis of environmental objects, to the problem of high-precision determination of low concentrations of chemical elements in coals and coal materials for the subsequent use of the obtained data in solving scientific and various technological tasks. The main aim is to consider and generalize the most frequently used methodological approaches to the determination of chemical elements in a wide range of their contents in coals (coal materials), as well as to assess the precision and accuracy of the ICP-MS method results obtained after open acid decomposition of samples and their fusion with lithium metaborate, comparing data with the INAA results method and statistical data processing. Objects: coals, carbonaceous siltstones and coalified timber from the Spetsugli germanium deposit, located on the southwestern edge of the Khanka massif in the eastern part of the Pavlovskoe coal-bearing depression, Primorsky Krai. Methods: inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS), applied after transferring the studied samples to a dissolved form, and a non-destructive quantitative method of instrumental neutron activation analysis (INAA). Methods of mathematical statistics were used to process the obtained results. Results. The results of ICP-MS analysis of three certified reference materials (CRM) of fly ash from KATEK GSO 9237-2008 (ZUK-2), brown coal ash from the Azeiskoe coal deposit GSO 7177-95 (ZUA-1) and bituminous CLB-1 coal of the US Geological Survey were obtained, presented in the form of data on their trace element composition in comparison with the certified and recommended values. The results of the determination of some elements given in the paper supplement the data on these CRMs presented in the certificate. Comparison of ICP-MS analysis results for samples of coals and carbonaceous rocks after different methods of chemical sample preparation: technique of open acid digestion and fusion with lithium metaborate, was carried out. The behavior of individual elements during these processes has been studied. Matching the obtained data by ICP-MS and INAA methods is performed. All results were processed metrologically and their permissible discrepancy was shown.