Comparison of Rapid Methods for Chemical Analysis of Milligram Samples of Ultrafine Clays

Abstract

Two rapid methods for the decomposition and chemical analysis of clays were adapted for use with 20–40-mg size samples, typical amounts of ultrafine products (<0.5-μm diameter) obtained by modern separation methods for clay minerals. The results of these methods were compared with those of “classical” rock analyses. The two methods consisted of mixed lithium metaborate fusion and heated decomposition with HF in a closed vessel. The latter technique was modified to include subsequent evaporation with concentrated H₂SO₄ and re-solution in HCl, which reduced the interference of the fluoride ion in the determination of Al, Fe, Ca, Mg, Na, and K. Results from the two methods agree sufficiently well with those of the “classical” techniques to minimize error in the calculation of clay mineral structural formulae. Representative maximum variations, in atoms per unit formula of the smectite type based on 22 negative charges, are 0.09 for Si, 0.03 for Al, 0.015 for Fe, 0.07 for Mg, 0.03 for Na, and 0.01 for K.

Резюме

Два быстрые метода для разложения и химического анализа глин были адаптированы при использовании образцов размером 20–40 мг, типичных количеств ультрамелких продуктов (диаметром <0,5 μm), полученных при помощи современных методов сепарации для глинистых минералов. Результаты этих методов сравнивались с результатами “классических” анализ пород. Два метода состояли из реакции синтеза метабората и последующего разложения при подогреве в присутствии НР в замкнутом сосуде. Последняя техника была модифицирована и содержала последующие степени: испарение с концентрированной Н₂SO₄ и пере растворение в НС1, что уменьшало вмешательство флюоридового иона при определении Аl, Ре, Са, Мg, Nа, и К. Результаты обоих методов довольно хорошо соглашаются с результатами “классических” техник и уменьшают ошибку вычисления структурной формулы глинистого минерала. Характерные максимальные вариации в единицах атом на формулу типа смектита, определенные на основании 22 отрицательных зарядов, равны 0,09 для 81, 0,03 для А1, 0,015 для Ре, 0.07 для Мg, 0.03 для Nа, и 0,01 для К. [Е.G.]

Resümee

Zwei schnelle Methoden für die Aufbereitung und chemische Analyse von Tonen wurden auf Probernmengen von 20–40 mg zugeschnitten, da dies der typischen Probenmenge von extrem kleinen Produkten (<0,5 μm Durchmesser) entspricht, die bei der Trennung von Tonmineralen mittels moderner Methoden entstehen. Die Ergebnisse dieser schnellen Methoden wurden mit denen klassischer Gesteinsanalysen verglichen. Die zwei Methoden bestehen aus der Herstellung einer Lithium-Metaboratschmelze und der Auflösung in HF in einem geschlossenen Behälter. Die letzte Methode wurde dahingehend abgewandelt, daß sie eine anschließende Verdampfung mit konzentrierter H₂SO₄ und Wiederauflösung in HCl beinhaltete, wodurch die Beeinflussung durch das F-Ion bei der Bestimmung von Al, Fe, Ca, Mg, Na, und K verringert wurde. Die Ergebnisse dieser zwei Methoden stimmen recht gut überein mit den Ergebnissen von klassischen Methoden zur Minimisierung der Fehler bei der Berechnung von Strukturformeln von Tonmineralen. Repräsentative Maximalabweichungen betragen in Atomen pro Formeleinheit eines Smektittyps, basierend auf 22 negativen Ladungen, 0,09 für Si; 0,03 für Al; 0,15 für Fe; 0,07 für Mg; 0,03 für Na; und 0,01 für K. [U.W.]

Résumé

Deux méthodes rapides pour la décomposition et l'analyse chimique d'argiles ont été adoptées pour être employées avec des échantillons de taille 20–40 mg, quantités typiques de produits ultra-fins (<0,5 μm de diamètre) obtenus par des méthodes de séparation modernes pour des minéraux argileux. Les résultats de ces deux méthodes ont été comparés avec ceux d'analyses “classiques” de roches. Les deux méthodes consistaient de fusion mélangée de lithium métaborate et décomposition échauffée avec HF dans un vaisseau fermé. Cette dernière technique a plus tard été modifiée pour inclure l’évaporation subséquente avec H₂SO₄ concentré et la re-solution dans HCl, ce qui a réduit l'interference de l'ion fluoride dans la détermination d'Al, Fe, Ca, Mg, Na, et K. Les résultats de ces deux méthodes s'accordent suffisemment bien avec ceux des techniques “classiques” pour minimiser l'erreur dans le calcul des formules de structures de minéraux argileux. Des variations représentatives maximum exprimées en atomes par unité de formule du type smectite, basées sur 22 charges négatives, sont 0,09 pour Si, 0,03 pour Al, 0,015 pour Fe, 0,07 pour Mg, 0,03 pour Na, et 0,01 pour K. [D.J.]