儀器分析在現(xiàn)代巖礦分析技術(shù)中的應(yīng)用

王磊(華東冶金地質(zhì)勘查局八一二地質(zhì)隊(duì)，安徽 銅陵 244000)

0 引言

巖石其實(shí)是地殼中形成的特殊物質(zhì)，它通常是由一種礦物或者多種礦物組成，并且能夠在人類社會(huì)的生產(chǎn)生活中起到關(guān)鍵性的作用。而巖石礦物分析指的是對(duì)正在勘查過(guò)程中的目標(biāo)礦物進(jìn)行化學(xué)成分的分析以及確定，為礦產(chǎn)開(kāi)采以及礦床查找的下一步措施提供較為準(zhǔn)確的先驗(yàn)信息。

1 巖礦分析的主要特征概述

巖礦分析指的不只是對(duì)某一種巖礦物質(zhì)進(jìn)行研究與分析，因?yàn)閹r礦物質(zhì)本身就具有種類繁多的特性，現(xiàn)階段所勘查明確的巖礦物質(zhì)，幾乎就包括了天然存在的所有元素，因此相比較礦產(chǎn)資源勘測(cè)與開(kāi)采的其他工序流程而言，巖礦分析是最具技術(shù)性的工作。之所以稱其為最具技術(shù)性的工作，是因?yàn)閹r礦物質(zhì)本身的包含范圍廣，更因?yàn)樵谡麄€(gè)分析的過(guò)程中需要使用到較為豐富的分析技術(shù)。巖礦分析還具有一些其他特點(diǎn)：測(cè)試含量的跨度較大，相互干擾較為嚴(yán)重。除此之外，需要技術(shù)人員具有高度負(fù)責(zé)的專業(yè)素養(yǎng)以及高超的專業(yè)技能也是巖礦分析中較為主要的特征。

2 巖礦分析的發(fā)展歷史與現(xiàn)狀概述

巖礦分析技術(shù)由來(lái)已久，從產(chǎn)生發(fā)展至今經(jīng)歷了較為漫長(zhǎng)的時(shí)間?？v觀整體的發(fā)展史，巖礦分析技術(shù)的發(fā)展大體可以分為三個(gè)階段。

2.1 20世紀(jì)50年代

在這個(gè)階段內(nèi)，由于科學(xué)技術(shù)發(fā)展的限制，巖礦分析主要是以濕法化學(xué)分析方式為主，這種分析方式的使用，能夠?qū)r石礦物中的主要成分進(jìn)行較為詳細(xì)的分析與記錄。20世紀(jì)50年代正值我國(guó)建國(guó)之初，百?gòu)U待興，急需相應(yīng)的科學(xué)技術(shù)來(lái)支持我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展以及工業(yè)生產(chǎn)。而相關(guān)技術(shù)的使用使得碳酸鹽以及硅酸鹽的系統(tǒng)分析流程順利建立，這為我國(guó)的建國(guó)初期國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來(lái)了重大的幫助。當(dāng)然，這種古老的濕法化學(xué)分析方式也有很明顯的弊端。首先它需要通過(guò)較為漫長(zhǎng)的操作流程才能夠獲得分析結(jié)果，并且需要耗費(fèi)高強(qiáng)度的人力成本。在使用該分析方式進(jìn)行巖石礦物分析的過(guò)程中，還很有可能會(huì)對(duì)環(huán)境造成較為嚴(yán)重的污染。因此通過(guò)相應(yīng)的技術(shù)改進(jìn)與完善，來(lái)使得傳統(tǒng)的濕法化學(xué)分析方式弊端得到糾正，是很有必要的，也是很有意義的。

2.2 20世紀(jì)50年代至70年代

20世紀(jì)50年代至70年代是科學(xué)技術(shù)高度發(fā)達(dá)的黃金期，在這個(gè)階段內(nèi)出現(xiàn)了許多較為先進(jìn)靈敏、精確度高的分析儀器。這些分析儀器的研發(fā)與運(yùn)用，使得巖石礦物分析邁入了嶄新的階段。首先需要說(shuō)到的是原子吸收光譜法。這種依托于先進(jìn)分析儀器而研發(fā)的新型分析方法，能夠快速準(zhǔn)確的測(cè)試出巖石礦物中的痕量金屬元素，為巖石礦物分析打開(kāi)了新的局面。同時(shí)，X射線熒光光譜法的使用完美替代了原本在20世紀(jì)50年代占據(jù)主要地位的濕法化學(xué)分析技術(shù)。這種新興光譜分析技術(shù)的運(yùn)用，不僅能夠代替原本的濕法化學(xué)分析技術(shù)，進(jìn)行詳細(xì)精確的化學(xué)分析以及鹽酸、碳酸系統(tǒng)的建立。而且相比較傳統(tǒng)的濕法化學(xué)分析技術(shù)而言，這類X射線熒光光譜法，具有更高的分析準(zhǔn)確度以及分析速率。因此20世紀(jì)50年代至70年代是巖石礦物分析理念得到迅速改進(jìn)的關(guān)鍵時(shí)期，該年段在巖石礦物分析發(fā)展史上具有不可忽視的貢獻(xiàn)。

2.3 20世紀(jì)80年代以后

到了20世紀(jì)80年代以后，相關(guān)的科學(xué)技術(shù)發(fā)展速率又上升到了一個(gè)新的階段。這階段中，信息技術(shù)的使用對(duì)巖石礦物分析領(lǐng)域產(chǎn)生了重大影響。信息技術(shù)的發(fā)展帶來(lái)的，是分析技術(shù)的自動(dòng)化以及信息化趨向。

在這個(gè)階段，巖石礦物分析技術(shù)的發(fā)展不單單是某個(gè)國(guó)家單獨(dú)進(jìn)行的研究，都有各類研究技術(shù)的推行與廣泛發(fā)展，導(dǎo)致該階段的巖石礦物分析技術(shù)產(chǎn)生了國(guó)際化的趨向。而隨著信息技術(shù)的進(jìn)一步更新，原本的化學(xué)分析方式，開(kāi)始逐漸被儀器分析方式所取代?，F(xiàn)代儀器分析方式中有較為具有代表性的探索技術(shù)，相關(guān)探掃技術(shù)能夠幫助進(jìn)行各類分析技術(shù)的集合，使得巖石礦物分析更具現(xiàn)代性。而隨著礦產(chǎn)資源的勘測(cè)與開(kāi)采工作愈發(fā)受到重視，相關(guān)資源探測(cè)與開(kāi)采小組開(kāi)始嘗試通過(guò)野外現(xiàn)場(chǎng)分析的方式來(lái)進(jìn)行巖石礦物的分析與研究，這就為現(xiàn)代的巖石礦物分析擠出了更具技術(shù)性標(biāo)準(zhǔn)的高要求。在信息技術(shù)的發(fā)展以及科學(xué)研究發(fā)展的雙重加持下，未來(lái)的巖石礦物分析應(yīng)當(dāng)會(huì)變得更加注重痕量以及超痕量分析技術(shù)，使得巖石礦物分析中一直存在的兩大技術(shù)難題，即貴金屬分析以及稀土金屬元素分析技術(shù)難題得到攻克。

3 儀器分析在現(xiàn)代巖礦分析中的應(yīng)用

儀器分析相比較傳統(tǒng)的化學(xué)分析方式而言，具有明顯的優(yōu)勢(shì)。因此使用儀器分析方式來(lái)進(jìn)行現(xiàn)代巖石礦物的分析是很有必要的，也是很有意義的。下文將對(duì)儀器分析在現(xiàn)代巖礦分析中的應(yīng)用進(jìn)行研究。

3.1 精度與密度較高

國(guó)家在現(xiàn)代巖石礦物分析技術(shù)的使用中，一直都有相對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)規(guī)范，最終檢測(cè)的精度與密度。而在使用儀器分析方式對(duì)現(xiàn)代巖石礦物進(jìn)行分析的過(guò)程中，相關(guān)技術(shù)人員都會(huì)自覺(jué)的使用國(guó)家一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)對(duì)巖石礦物的勘測(cè)精度與密度進(jìn)行相對(duì)應(yīng)的考核與記錄。具體而言，相對(duì)應(yīng)的精確度要求控制是0.13，超越該數(shù)值則被視為不達(dá)標(biāo)。相對(duì)應(yīng)的精密度要求控制在15%，超出該數(shù)值也被視為不達(dá)標(biāo)。而在這一標(biāo)準(zhǔn)要求出現(xiàn)之前，地球化學(xué)樣品分析其實(shí)是存在既定標(biāo)準(zhǔn)的。將兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比對(duì)可以清楚的認(rèn)知到，使用分析儀器來(lái)對(duì)礦物巖石進(jìn)行分析要比傳統(tǒng)的分析方式有更嚴(yán)苛的精度要求。而在我國(guó)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的闡述中還有一個(gè)較為特殊的補(bǔ)充規(guī)定。該規(guī)定中提出了與以往具有較大不同的分析配套方式。在這些配套方案中指定了相對(duì)應(yīng)的分析方式來(lái)對(duì)巖石礦物進(jìn)行研究與分析。而這些配套的分析方式中，都有一個(gè)相同的特點(diǎn)，那就是所有使用配套方式進(jìn)行研究與分析的巖石礦物，都需要通過(guò)儀器分析的方法來(lái)進(jìn)行測(cè)量。同時(shí)在使用配套方式進(jìn)行測(cè)量的巖石礦物樣品制備中，其制備要求要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)的地球化學(xué)普通樣品制備要求。

因此從上述的各個(gè)方面都不難發(fā)現(xiàn)，使用儀器設(shè)備來(lái)進(jìn)行巖石礦物分析，所需要達(dá)到的密度與精度要求都要比使用化學(xué)分析方式高得多，并且儀器分析在現(xiàn)階段的巖石礦物分析技術(shù)中，占有十分重要的地位。

3.2 檢出限較低

補(bǔ)充規(guī)定中，除了提出與以往有較大不同的分析配套模式之外，還對(duì)33個(gè)元素的檢出限做出了較為明確和詳細(xì)的規(guī)定。相比較傳統(tǒng)的地球化學(xué)普通樣品制備中的元素而言，補(bǔ)充規(guī)定中的檢出限都具有較低的特點(diǎn)。在日常的檢測(cè)分析方法中，有很多方式能夠提高元素的檢出限。較為常見(jiàn)的是優(yōu)化分離富集法，這種方式能夠在提高待檢測(cè)溶液中銅的濃度的基礎(chǔ)上提升檢出限。但需要注意的是使用這種方式來(lái)提升檢出限，能夠提升的范圍是有一定限制的，因此在很多情況下并不能起到很好的提升效果。除此之外還有一種方法是通過(guò)采用更高靈敏度的元素檢測(cè)儀器來(lái)提升檢出限。常用的高靈敏度檢測(cè)儀器有等離子體質(zhì)譜以及無(wú)火焰原子吸收光譜。按照實(shí)驗(yàn)效果來(lái)進(jìn)行分析，使用高靈敏度的檢測(cè)儀器來(lái)提高檢出限，其效果要好于使用優(yōu)化分離富集法。因此在現(xiàn)階段，大多數(shù)技術(shù)人員都會(huì)采取使用高靈敏度的元素檢測(cè)儀的方式來(lái)進(jìn)行檢出限的提升。隨著時(shí)代的發(fā)展以及科技的進(jìn)步，未來(lái)或許會(huì)有比使用高靈敏度檢測(cè)儀器更加方便快捷的方式來(lái)進(jìn)行檢出限的提升，這需要相關(guān)技術(shù)人員的不斷研發(fā)努力。

3.3 相關(guān)質(zhì)量的把控更加嚴(yán)格

補(bǔ)充規(guī)定除了提到配套分析模式以及檢出限詳細(xì)規(guī)定之外，還提到了對(duì)實(shí)驗(yàn)外部的質(zhì)量把控。有關(guān)實(shí)驗(yàn)外部的質(zhì)量把控內(nèi)容包含了眾多流程，元素合格率的控制就是質(zhì)量把控的重要內(nèi)容，除此之外還有標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量值以及監(jiān)控樣標(biāo)準(zhǔn)值這兩者的樣本方差檢驗(yàn)，也是質(zhì)量把控中需要注意到的重要內(nèi)容之一。在設(shè)定分析的檢出限方面，也需要為了貼合內(nèi)部質(zhì)量進(jìn)行配套合理性限定。與此同時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)合格率也制定了與內(nèi)部質(zhì)量貼合的標(biāo)準(zhǔn)。而在外部質(zhì)量方面也有相應(yīng)的合格率標(biāo)準(zhǔn)。為了使得我國(guó)的地球化學(xué)填圖技術(shù)以及相關(guān)的普查工作技術(shù)水平能夠保持較為領(lǐng)先的狀態(tài)，我國(guó)相關(guān)技術(shù)人員就需要對(duì)地球化學(xué)樣品分析技術(shù)保持高水準(zhǔn)的關(guān)注。這份關(guān)注不單單體現(xiàn)在周密詳細(xì)的流程制定上，還體現(xiàn)在相關(guān)質(zhì)量的嚴(yán)格把控上。為了使得所有巖石礦物分析技術(shù)都能夠在相關(guān)質(zhì)量的把控上，保持嚴(yán)格的高水準(zhǔn)。有關(guān)技術(shù)人員必須要使用儀器分析的方式來(lái)進(jìn)行巖石礦物的測(cè)定與分析。為了不斷的提升分析儀器的靈敏度以及精確程度，我國(guó)相關(guān)技術(shù)人員需要不斷的對(duì)分析儀器的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行完善與調(diào)整。而完善與調(diào)整過(guò)程本身少不了信息技術(shù)的運(yùn)用。換句話說(shuō)，信息技術(shù)的運(yùn)用對(duì)于我國(guó)的技術(shù)人員而言是至關(guān)重要的。它能夠使得分析儀器往智能化、自動(dòng)化的方向發(fā)展，使得我國(guó)的巖石礦物分析向更高階段邁進(jìn)。但這并不意味著信息技術(shù)的運(yùn)用，便是巖石礦物分析形態(tài)與方式轉(zhuǎn)化的最終狀態(tài)。只有與時(shí)俱進(jìn)、開(kāi)拓創(chuàng)新，我國(guó)的巖石礦物分析技術(shù)才能夠不斷取得新的突破。

4 結(jié)語(yǔ)

需要注意的是，無(wú)論是何種類型的巖石礦物都是短時(shí)間內(nèi)不可再生的珍貴資源。因此，即便采用較為先進(jìn)的巖石礦物分析技術(shù)來(lái)對(duì)相關(guān)成分進(jìn)行研究與分析，也需要注意到相關(guān)巖石礦物的使用不可超出限度，否則將會(huì)影響到人類未來(lái)的生存與發(fā)展。但隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，或許會(huì)有更多的方式來(lái)提升巖石礦物有關(guān)元素在人類生產(chǎn)生活當(dāng)中的利用率，這是相關(guān)研究人員必須關(guān)注的。