Преимущества применения ИСП-масс-спектрометрии при геохимических поисках месторождений золота
п.375. Общим требованием ко всем аналитическим работам, выполняемых при любых геохимических поисках, является достаточный предел обнаружения анализа, позволяющий получать значимые цифры содержаний всех химических элементов во всех точках геохимического поля.
Инструкция по геохимическим методам поисков рудных месторождений/ М-во геологии СССР. М. Недра.1983.
Ежегодно в нашей стране тратятся десятки миллиардов рублей на отбор и анализ проб горных пород, почв, и вод. Однако выбор оптимального метода анализа при геохимических поисках на золото до сих пор ограничен устаревшей лабораторной аналитической базой, устаревшими аналитическими лабораториями. В качестве одного из критериев выбора методики анализа служат во многом субъективные представления о стоимости анализа. Из чего же складывается эта стоимость? Чем дешевле, тем лучше. Поразительно, но чаще всего на стоимости аналитики хотят сэкономить не экономисты или директора предприятий, а специалисты-геологи, которые вроде бы должны быть заинтересованы в достоверных результатах анализа, от которых фактически полностью зависят результаты работ. Причиной такого поведения, как это не грустно, является недостаточная компетентность геологов в вопросах аналитики. С целью прояснения сложных принципиальных вопросов элементного анализа и его применения в геологоразведке предназначена эта статья.
Геохимические методы поисков полезных ископаемых начали применяться в 30-х годах 20 столетия и массовое распространение в нашей стране получили в 50-х годах одновременно с развитием спектрального анализа и созданием спектральных лабораторий не только в геологических управлениях, но и в геологоразведочных экспедициях. Несколько поколений геологов, студентов и даже школьников отбирали ежегодно десятки миллионов проб из почв, донных отложений и водных источников. Все эти пробы после обработки анализировалось атомно-эмиссионным спектральным анализом методом просыпки-вдувания (либо из канала угольного электрода) в плазму электрической дуги навески массой около десяти миллиграммов. Анализ позволял получать данные о содержание нескольких десятков элементов за исключением золота, элементов группы платины, а также ряда важных с геохимической точки зрения элементов (ртуть и др.), для которых приходилось применять отдельные специализированные анализы. Например, для определения содержания золота в геохимических пробах применялся полуколичественный химико-спектральный анализ, при котором золото из навески 10 г экстрагировалось кислотами, сорбировалось на зольном концентрате и анализировалось тем же атомно-эмиссионным анализом.
Геохимическими поисками была закрыта большая часть территории страны, сформирована прикладная геохимическая наука и выявлены многочисленные месторождения. Затем в нашей стране наступил сложный перестроечный период, а за рубежом тем временем продолжалась технологическая революция. За прошедшие десятилетия в развитых сырьевых странах на смену эмиссионному спектральному и колориметрическому анализам вначале пришла массовая атомно-абсорбционая спектроскопия (ААС/AAS), а затем атомная эмиссионная спектрометрия с возбуждением спектров в индуктивно-связанной плазме (ИСП-АЭС/ОЭС или ICP-AES/ICP-OES) и метод масс-спектрометрии ионов с источником ионизации в индуктивно связанной плазме (ИСП-МС или ICP-MS). Два последних метода стали основными при геологических и экологических исследованиях. Причиной этого является тот факт, что ИСП, индуцируемая магнитным полем, характеризуется такой высокой концентрацией электронов и высокой температурой, что позволяет практически полностью атомизировать любые анализируемые вещества, в результате чего обеспечивает меньшую погрешность определения и более высокую чувствительность по сравнению с другими видами плазмы (искры, дуги). Возбужденные в плазме атомы и ионы затем детектируются методами атомно-эмиссионной спектрометрии (ИСП-АЭС), либо масс-спектрометрии (ИСП-МС).
Эмиссионный метод ИСП-АЭС отлично себя зарекомендовал для макросостава (силикатный анализ, анализ руд на содержание металлов). Однако уже на уровне содержаний 10-1-10-2 % точность эмиссионного метода начинает уступать масс-спектрометрическому, а при уровне содержаний 10-3-10-4 % для многих элементов этот метод становится неколичественным. Поэтому при геохимических поисках метод ИСП-АЭС как и ранее его предшественник - полуколичественный спектральный анализ может применяться для определения большинства элементов кроме золота и ряда его важных спутников, для определения которых опять приходится применять дополнительный анализ тех же проб.
ИСП-МС имеет ряд преимуществ: интерференция возникает гораздо реже по сравнению с ИСП-АЭС, масс-спектрометр работает гораздо быстрее и позволяет выполнить количественный анализ всех элементов из одного образца, а пределы обнаружения элементов гораздо ниже. В настоящее время только технология ИСП-МС может обеспечить такие низкие пределы обнаружения и такую высокую производительность элементного анализа, чтобы быть использованной при проведении геохимических поисков месторождений золота, платины, ряда редких и рассеянных элементов. Программное обеспечение ИСП-МС предоставляет пользователю обработанные данные в формате полуколичественном, количественном, изотопного соотношения или изотопного разведения. Для количественного выражения концентрации каждого элемента производится предварительная калибровка прибора с использованием государственных и международных стандартных образцов состава с заранее известной концентрацией.
Качество анализа определяется не только аппаратурой, с помощью которой он выполняется. Важным условием, обеспечивающим качество анализа, его производительность и стоимость является пробоподготовка. Под пробоподготовкой в данном случае подразумевается не только привычное для геологов дробление и истирание проб. Принципиальной особенностью методов атомно-абсорбционой, эмиссионной спектрометрии в индуктивно-связанной плазме и масс-спектрометрии в индуктивно связанной плазме является то, что аналитическая навеска поступает в прибор в жидком состоянии. Но, прежде чем перевести пробы в раствор с помощью концентрированных кислот HCl, HNO3 и HF, необходимо в них разрушить органическую составляющую, то есть провести озоление материала (сухое в муфельных печах или мокрое с окислительными реагентами (HNO3, HClO4, Н2О2 и др.) при помощи СВЧ-излучения под давлением).
Следующим условием качественного анализа является использование представительной аналитической навески. Геологи хорошо знакомы с понятием представительности пробы. При проведении геологоразведочных работ регламентируется минимальный диаметр керна, минимальное сечение борозды, а при обработке проб на золоторудных месторождениях подвергается истиранию в соответствии с известными принципами обработки проб около килограмма материала, предварительно издробленного до крупности 1 мм. Затем эти килограммовые пробы отправляются в лабораторию.
Для определения содержания золота в рудах (с содержаниями выше 0.2 г/т), как правило, применяется пробирный анализ из навески 10-50 г, начало которого осталось традиционным, а окончание стало новым - полученный королек растворяется в кислотах и анализируется методом атомной абсорбции, ИСП-ОЭС или ИСП-МС (например, в Австралии и Канаде). Также анализ проб на золото может выполняться без предварительного пробирного обогащения с помощью атомно-абсорбционного анализа, при котором навеска массой 10 г разлагается с помощью царской водки и других кислот, а затем производится экстракционное концентрирование золота на органическом веществе и анализ полученного жидкого экстрагента.
Определение содержаний других элементов в рудах и породах геохимических ореолов, как правило, производится из аналитической навески массой всего 100 мг путем использования для экстрагирования около 2.5, реже до 10 миллилитров царской водки. Кислота, обогащенная выщелоченными элементами, и разведенная дистиллированной водой подается в прибор и в ней определяется содержание элементов. Почему аналитическая навеска составляет всего 100 мг, почему кислоты всего 2.5 мл, ведь очевидно, что это недостаточно для полного экстрагирования металлов, почему совместно с царской водкой часто не применяется плавиковая кислота, хотя общеизвестно, что часть золота находится в кварце? Дело в том, что пробоподготовка при производстве анализов определяет большую, до 2/3, часть затрат, и в результате определяет стоимость анализа.
Исходя из вышеизложенного, можно сформулировать требования к аналитическим исследованиям при производстве геологоразведочных работ с целью поиска золоторудных месторождений.
- Во-первых, при поисковых работах анализ должен определять содержание золота на уровне кларка, при этом золото и элементы-спутники желательно определять из одной и той же навески, а не из разных, минуя операции концентрирования. Этому требованию отвечает только метод ИСП-МС.
- Во-вторых, учитывая неравномерное распределение золота не только в рудах, но и в геохимических ореолах, необходимо применять представительную аналитическую навеску весом порядка 10 г, а не ограничиваться микронавесками.
- В-третьих, учитывая нахождение золота в горных породах и рудах в различных формах необходимо применять комплексное мультикислотное выщелачивание элементов из аналитических образцов с их предварительным озолением.
Исходя из этих требований в Химико-аналитическом центре «Плазма» (г.Томск) в 2007 году была разработана на масс-спектрометре ELAN DRC-E фирмы «PerkinElmer Instruments LLS» Методика выполнения измерений массовых долей элементов методом масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой МВИ №001-ХМС-2007 и аттестована в соответствии с ГОСТ Р 8.563 по Федеральному реестру ФР.1.31.2007.04107. В соответствии с методикой навеска 10-25 г подвергается озолению, разлагается в 50 см3 смеси фтористоводородной, соляной и азотной кислот и затем анализируется на масс-спектрометре на 30 элементов, в том числе на золото. Методика позволяет на одном приборе в одну смену за месяц выполнить количественный анализ около 2 тысяч проб. Стоимость анализа на весь комплекс элементов, несмотря на сложную пробоподготовку, составляет 1000 – 1500 руб.
Позднее в центре «Плазма» была разработанаи аттестована методика МВИ №002-ХМС-2009, ФР.1.31.2010.06998 для определения 62 элементов из навески 100 мг и специальная методика МВИ №003-ХМС-2009,ФР.1.31.2010.06997 для определения содержаний ртути, селена и мышьяка (от 0.00001%). Разработанные в Центре методики были приобретены рядом предприятий, в том числе ИМГРЭ, СибГЕОХИ, Полюс Золото, Красцветмет и др.
Методики показали свою эффективность при проведении гидро-, био- и литохимических поисков в различных геолого-ландшафтных условиях (Рис. 1-4). Особенно удивительные результаты продемонстрировало применение ИСП-МС при гидрогеохимических поисках. Например, в тундровой обстановке Полярного Урала при чехле моренных отложений мощностью около 5 м метод позволил оконтурить в 2005 г. разведуемое месторождение Новогоднее-Монто, будущее Петропавловское месторождение, а также в процессе заверки бурением гидрогеохимических аномалий выявить несколько новых рудопроявлений золота (Рис. 1-4). Проведенные опытно-методические гидрогеохимические исследования на разрабатываемых золоторудных месторождениях с известными запасами золота позволили создать эталоны этих месторождений, с помощью которых теперь можно производить количественную оценку вновь выявленных аномалий.
Не менее интересные результаты получены при биогеохимических поисках, когда отобранные пробы определённых растений над предполагаемым рудопроявлением анализируются на содержание 62 элемента после специальной пробоподготовки.
Высокая чувствительность анализа при представительной аналитической навеске позволяет выявлять сорбционно-солевые аномалии без предварительного обогащения, фракционирования литохимических проб, позволяет расшифровывать сложную природу гипергенных аномалий и, в конечном итоге, выявлять не только золоторудные рудные источники, но и всего анализируемого комплекса элементов.
Оставить комментарий