分光光度法在巖礦元素測(cè)試的應(yīng)用研究

方芳(江西省地質(zhì)調(diào)查研究院，江西 南昌 330000)

0 引言

分光光度法是通過測(cè)試被測(cè)物質(zhì)樣本中某未知化學(xué)元素在特定的可見光或紅外光波長(zhǎng)范圍內(nèi)的吸收度，進(jìn)而對(duì)該物質(zhì)樣本中被測(cè)化學(xué)元素進(jìn)行定性和定量分析的一種方法。這一方法在我國發(fā)展起步較晚，在實(shí)際巖礦測(cè)試運(yùn)用中仍存在較多問題，技術(shù)人員專業(yè)能力不強(qiáng)、分光光度技術(shù)不夠完善、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)不先進(jìn)等問題，導(dǎo)致分光光度法在實(shí)際巖礦測(cè)試數(shù)據(jù)中所反映出的信息不準(zhǔn)確，進(jìn)而影響到巖礦資源的正確評(píng)估與開發(fā)工作。對(duì)此，要想提高巖礦資源的開采質(zhì)量，需要解決礦產(chǎn)資源精細(xì)化分類的難題，即充分使用分光光度法對(duì)礦產(chǎn)元素進(jìn)行精確分析，提升分光光度法的現(xiàn)有技術(shù)水平，保障巖礦測(cè)試的準(zhǔn)確度和精細(xì)度。

1 分光光度法的特點(diǎn)

隨著我國礦產(chǎn)開發(fā)技術(shù)的不斷純熟與完善，要求所開采出的礦產(chǎn)資源更加精細(xì)，為避免資源浪費(fèi)現(xiàn)象發(fā)生，開始運(yùn)用分光光度法進(jìn)行巖礦測(cè)試。這一方式具有靈敏度高、操作簡(jiǎn)便、快速準(zhǔn)確的特點(diǎn)，能夠通過對(duì)該巖礦中所含有的微量化學(xué)元素?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行判定，通過確定有效巖礦的微量化學(xué)元素或物質(zhì)，將該微量元素溶解在特殊容器中進(jìn)行分光光度計(jì)測(cè)試，便可直觀地觀察到該微量元素在巖礦中的分布規(guī)律及占有總量，然后利用技術(shù)分析結(jié)果可進(jìn)一步分析該巖礦中對(duì)應(yīng)的微量元素的具體含量、純度、性質(zhì)，為之后巖礦勘察做好前提基礎(chǔ)工作，確保之后開采工作的順利高效。

1.1 靈敏度高

分光光度法測(cè)試物質(zhì)的最低濃度時(shí)，通常能夠研究到0.001%的微量成分，這一成果所運(yùn)用的原理不僅在液體中能夠適用，在固體成分測(cè)試中同樣能夠達(dá)到同樣效果，可見我國當(dāng)前分光光度法的滲透空間十分廣泛。技術(shù)人員如果事先對(duì)被測(cè)物質(zhì)成分進(jìn)行深入分析，分光光度法就會(huì)對(duì)巖礦中的微量元素及時(shí)進(jìn)行性質(zhì)判定，進(jìn)而通過該技術(shù)分析和數(shù)據(jù)信息的運(yùn)用，對(duì)該微量元素的實(shí)際運(yùn)用方向進(jìn)行指引，從而最大程度利用礦產(chǎn)資源，實(shí)現(xiàn)科學(xué)規(guī)劃和合理開采礦產(chǎn)的目的。由此可見，分光光度法具有識(shí)別度強(qiáng)、靈敏度高的優(yōu)勢(shì)[1]。

1.2 操作簡(jiǎn)便

巖礦測(cè)試主要指在巖礦開采前期對(duì)所勘探的區(qū)域進(jìn)行物質(zhì)與微量化學(xué)元素的綜合性測(cè)試工作。在這一工作中，利用分光光度法可將巖礦內(nèi)物質(zhì)特性和實(shí)際含量進(jìn)行準(zhǔn)確分析，幫助后續(xù)開采工作創(chuàng)造便利條件。隨著我國分光光度技術(shù)的不斷完善，在實(shí)際工作中，分光光度法的運(yùn)用越來越方便快捷，技術(shù)人員可運(yùn)用簡(jiǎn)單的操作技術(shù)完成較為復(fù)雜的工作流程，比如可運(yùn)用遠(yuǎn)程測(cè)試系統(tǒng)，對(duì)巖礦測(cè)試中的光束吸收與波長(zhǎng)吸收區(qū)域進(jìn)行準(zhǔn)確判定，進(jìn)而顯示重要的信息數(shù)據(jù)，最大程度節(jié)省了人力物力財(cái)力資源。

3）燃油。原油集輸大站加熱爐燃油量消耗由2007年的7648 t降至2017年的378 t，2016年數(shù)據(jù)為1072 t，同比減少燃油694 t，累計(jì)減少原油50 698 t，按采油三廠2017年噸油操作費(fèi)1098元計(jì)算，減少燃油費(fèi)用5567萬元。

1.3 快速準(zhǔn)確

通兵法，擅謀略，謝星對(duì)抗北方異族時(shí)，師華年擔(dān)任軍師職務(wù)，出謀劃策。這一役之后，武功全廢，歸隱山林，頗受江湖眾人敬仰。

多層次與全方位。新聞出版業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)是全方位、立體化、多層次的，具體包含技術(shù)的創(chuàng)新應(yīng)用、產(chǎn)品的數(shù)字化轉(zhuǎn)型、流程的協(xié)同化升級(jí)、渠道的數(shù)字化轉(zhuǎn)型、人員素質(zhì)的全方位提升等。轉(zhuǎn)型升級(jí)幾乎涵蓋了新聞出版的所有產(chǎn)業(yè)鏈條，從選題策劃、內(nèi)容審校、印制發(fā)行到衍生產(chǎn)品。轉(zhuǎn)型升級(jí)的應(yīng)有題中之義是新聞出版與外部產(chǎn)業(yè)的融合——新聞出版與影視、科技、農(nóng)業(yè)、地質(zhì)、法律等其他國民經(jīng)濟(jì)各行業(yè)的融合發(fā)展。新聞出版業(yè)與其他產(chǎn)業(yè)融合，一方面是落實(shí)傳統(tǒng)媒體與新興媒體融合發(fā)展的國家戰(zhàn)略部署，另一方面也是轉(zhuǎn)型升級(jí)高級(jí)階段的重要抓手和主要舉措。

2 分光光度法的具體類別

可見分光光度法是在190～760nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)測(cè)定物質(zhì)吸光度的方法，主要負(fù)責(zé)雜質(zhì)鑒別、雜質(zhì)檢查與雜質(zhì)測(cè)定工作。當(dāng)光穿過被測(cè)物質(zhì)溶液時(shí)，物質(zhì)對(duì)光的吸收程度會(huì)隨著光波長(zhǎng)短的變化而變化。因此，要想測(cè)定物質(zhì)在不同波長(zhǎng)處的吸光度，可運(yùn)用這種可見分光光度法，具體就是對(duì)物質(zhì)進(jìn)行定性測(cè)試與定量測(cè)試，并繪制物質(zhì)的吸收光度與波長(zhǎng)的關(guān)系圖，從關(guān)系圖中進(jìn)一步分析出被測(cè)物質(zhì)的吸收光譜，然后確定物質(zhì)最大吸收波長(zhǎng)λmax和最小波長(zhǎng)λmin，最終全面掌握物質(zhì)在吸收光譜中的結(jié)構(gòu)相關(guān)特征。這一方法在運(yùn)用過程中操作簡(jiǎn)單、準(zhǔn)確度高，是分光光度法中使用較多的一種方法[3]。

2.1 可見分光光度法

分光光度法主要以光束的波長(zhǎng)來進(jìn)行測(cè)量方法的分類。光束波長(zhǎng)可以分為紫外波長(zhǎng)區(qū)、可見光區(qū)與紅外波長(zhǎng)區(qū)，其中紫外波長(zhǎng)區(qū)的波長(zhǎng)較短，只能映射到200～400nm這一范圍的光束區(qū)域，可見光區(qū)的波長(zhǎng)范圍則較長(zhǎng)，在400～760nm范圍內(nèi)都屬于光束范圍，而紅外波長(zhǎng)區(qū)的波段為2.5～25μm之間。分光光度法就是針對(duì)這三個(gè)光束波長(zhǎng)進(jìn)行具體的測(cè)量。當(dāng)前，許多巖礦測(cè)試單位都已開始使用分光光度法進(jìn)行巖礦勘探，測(cè)試人員深入到巖礦環(huán)境中后，通過采集巖礦樣本，提取其中的微量化學(xué)元素，然后直接將微量元素溶解到特殊容器中進(jìn)行測(cè)試，對(duì)巖礦中微量化學(xué)元素的具體含量及相應(yīng)占有量進(jìn)行深入分析，從而更為完整地獲得開采現(xiàn)場(chǎng)的巖礦相關(guān)數(shù)據(jù)。這一系列工作流程的開展，能夠?yàn)楹罄m(xù)巖礦采集工作起到安全保障與排除隱患的作用，使采礦活動(dòng)在一定范圍內(nèi)得到有效實(shí)施。在分光光度法使用過程中，可見分光光度法和紅外分光光度法是較為常見且應(yīng)用較多的兩種方法。

2.2 紅外分光光度法

紅外分光光度法的原理是當(dāng)化學(xué)物質(zhì)的分子吸收并產(chǎn)生波長(zhǎng)光能之后，會(huì)引起分子振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)躍遷變化，其所產(chǎn)生的吸收光譜區(qū)域一般在2.5～25μm之間，這一區(qū)域范圍成為紅外分子吸收光譜，簡(jiǎn)稱為紅外光譜。技術(shù)人員利用所產(chǎn)生的紅外光譜對(duì)巖礦測(cè)試范圍內(nèi)的物質(zhì)進(jìn)行定性分析或定量測(cè)試，由于物質(zhì)分子剛開始時(shí)發(fā)生振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)躍遷所需的能量較低，幾乎所有的有機(jī)化合物在紅外光區(qū)內(nèi)都有吸收，因而難以對(duì)巖礦物質(zhì)中的微量元素進(jìn)行準(zhǔn)確分析，這時(shí)候就需根據(jù)分子中不同光能團(tuán)，在物質(zhì)分子發(fā)生振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)躍遷時(shí)進(jìn)行能量區(qū)分，利用產(chǎn)生的吸收光譜鑒定其不同波長(zhǎng)位置，進(jìn)而將不同強(qiáng)度的定量檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分離，提煉出對(duì)巖礦物質(zhì)準(zhǔn)確分析的紅外光區(qū)，其中吸收強(qiáng)度是定量檢測(cè)的主要依據(jù)。紅外分光光度法這一方式可應(yīng)用于分子結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)研究層面，包括測(cè)試分子鍵長(zhǎng)、鍵角、分析分子立體結(jié)構(gòu)等，還可用于化學(xué)組成結(jié)構(gòu)分析，比如化合物的定性定量分析。當(dāng)前這一方法應(yīng)用最為廣泛的是對(duì)未知毒物的結(jié)構(gòu)分解、純度鑒定等工作內(nèi)容。紅外分光光度法最大的缺點(diǎn)就是靈敏度沒有可見分光光度法的靈敏度高，不適宜對(duì)物質(zhì)中的微量元素進(jìn)行成分測(cè)試，必須要求樣品純化。若要將其應(yīng)用于巖礦測(cè)試工作中，需進(jìn)一步完善其運(yùn)用特點(diǎn)，克服靈敏度低的缺點(diǎn)，使其發(fā)揮更大作用。

在面對(duì)肉眼無法識(shí)別的微量化學(xué)元素時(shí)，分光光度法可發(fā)揮其重要作用，它能夠通過微觀光束的吸收波長(zhǎng)判定微量元素的化學(xué)與物理特性，為其作出全面分析與確定，同時(shí)也能夠完善我國巖礦中微量元素的數(shù)據(jù)庫。我國分光光度技術(shù)因其快速準(zhǔn)確的特性，在當(dāng)今社會(huì)已不僅運(yùn)用于巖礦測(cè)試領(lǐng)域，在醫(yī)學(xué)、科研等領(lǐng)域均有涉及，比如針對(duì)醫(yī)學(xué)中一些特殊病例，應(yīng)用分光光度進(jìn)行測(cè)試，能夠準(zhǔn)確確定癌變細(xì)胞的生物特性，從而提出有針對(duì)性的解決方案。據(jù)研究數(shù)據(jù)表明，通常分光光度法的相對(duì)誤差在2%～5%之間，雖然這一準(zhǔn)確度相較于定性分析法與重量分析法較低，但就微量成本測(cè)算而言，準(zhǔn)確度已經(jīng)算較高水平[2]。

3 分光光度法在巖礦測(cè)試中的具體應(yīng)用

巖礦測(cè)試工作是現(xiàn)代礦產(chǎn)開發(fā)工作中的重要前提準(zhǔn)備活動(dòng)，在執(zhí)行巖礦測(cè)試時(shí)，技術(shù)人員需借助現(xiàn)有工具與技術(shù)手段，再三確認(rèn)巖礦內(nèi)部微量元素的含有量、純度、性質(zhì)等內(nèi)容，綜合運(yùn)用各種方法對(duì)巖礦資源進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)與精細(xì)化測(cè)試，分光光度法便是其中一項(xiàng)重要使用方法。這一方法仍有諸多不足之處，但就目前已掌握的技術(shù)水平而言，基本能夠滿足巖礦測(cè)試工作以及物質(zhì)勘探工作的需求。相關(guān)技術(shù)人員仍需不斷引進(jìn)新的測(cè)試技術(shù)手段，注重調(diào)整相應(yīng)技術(shù)資源，創(chuàng)新測(cè)試方法，降低數(shù)據(jù)測(cè)試工作中的消極影響，提升巖礦資源開發(fā)程度，具體到分光光度法的應(yīng)用，則需要將技術(shù)理論與實(shí)際測(cè)試內(nèi)容相融合，推動(dòng)分光光度法的發(fā)展[4]。

第三，去產(chǎn)能調(diào)結(jié)構(gòu)穩(wěn)步推進(jìn),能源資源消耗強(qiáng)度大幅下降。通過供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革,加大化解鋼鐵、煤炭等過剩產(chǎn)能和落后產(chǎn)能淘汰力度,從2013年至2017年,退出鋼鐵產(chǎn)能1.7億噸以上、煤炭產(chǎn)能8億噸。加強(qiáng)散煤治理,基本完成地級(jí)及以上城市建成區(qū)燃煤小鍋爐淘汰,71%的煤電機(jī)組實(shí)現(xiàn)超低排放。提高燃油品質(zhì),黃標(biāo)車淘汰基本完成,新能源汽車?yán)塾?jì)推廣超過180萬輛。2017年清潔能源消費(fèi)占比增加到20.8%,單位GDP能耗、水耗均下降20%以上,水電裝機(jī)容量、核電在建規(guī)模、太陽能集熱面積和風(fēng)電裝機(jī)容量均居世界第一位。煤炭消費(fèi)比重由2013年的67.4%下降到60.4%。

3.1 化學(xué)元素形態(tài)測(cè)試

化學(xué)元素形態(tài)分析測(cè)試是巖礦測(cè)試中較為常見的測(cè)試形式，主要通過觀察巖礦中的元素形態(tài)準(zhǔn)確界定元素類別及開采方式。對(duì)巖礦內(nèi)部蘊(yùn)含的微量元素形態(tài)進(jìn)行測(cè)試時(shí)，離不開分光光度法的運(yùn)用。技術(shù)人員需靈活掌握先進(jìn)技術(shù)的操作方式，通過觀察巖礦中的微量元素變化形態(tài)，繪制詳細(xì)的線性、圖表格式，創(chuàng)建計(jì)算機(jī)模擬統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析整理，進(jìn)而創(chuàng)建一個(gè)完善的資料庫，然后估算測(cè)試區(qū)域內(nèi)微量元素在分光光度測(cè)試中的變化數(shù)據(jù)，從而提高巖礦測(cè)試效率。運(yùn)用分光光度法對(duì)元素形態(tài)進(jìn)行分析時(shí)，需進(jìn)行樣本采集工作，并且進(jìn)行專門研究，進(jìn)而更好地完成巖礦測(cè)試工作。

3.2 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地測(cè)試

現(xiàn)場(chǎng)分析測(cè)試是實(shí)際巖礦測(cè)試中較為常見的測(cè)試形式，與其他測(cè)試形式相比，這一形式具有可靠性強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)。技術(shù)人員利用分光光度法對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地物質(zhì)進(jìn)行測(cè)試時(shí)，首先需要對(duì)區(qū)域內(nèi)的地質(zhì)情況進(jìn)行全面研究，將周圍地質(zhì)運(yùn)動(dòng)變化以及開采情況有個(gè)初步掌握，然后利用分光光度計(jì)在巖礦區(qū)域中完成測(cè)試，大致規(guī)劃所測(cè)量物質(zhì)溶液的強(qiáng)區(qū)與弱區(qū)，最后在物質(zhì)溶液分布的強(qiáng)區(qū)采集物質(zhì)樣品，帶回化學(xué)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行進(jìn)一步細(xì)致分析[5]。

3.3 化學(xué)實(shí)驗(yàn)測(cè)試

對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析測(cè)試時(shí)，技術(shù)人員還需運(yùn)用化學(xué)實(shí)驗(yàn)方式進(jìn)行測(cè)試，通過反復(fù)運(yùn)用顯色劑隱色反應(yīng)機(jī)制，創(chuàng)建出一種純凈絡(luò)合物光度分析法，這一方法可有效解決分光光度法中存在的光束隱藏問題，使得測(cè)試范圍更寬、靈敏度更高、精確度更為細(xì)致。另外，在對(duì)分光光度技術(shù)運(yùn)用時(shí)，技術(shù)人員在化學(xué)實(shí)驗(yàn)過程進(jìn)行中還需對(duì)物質(zhì)的吸收光譜進(jìn)行研究，利用新型熒光導(dǎo)數(shù)光譜對(duì)物質(zhì)勘探區(qū)域進(jìn)行全面分析，對(duì)物質(zhì)微量元素含量較多的區(qū)域進(jìn)行紫外線光源和可見光光源的區(qū)分，以此來提升巖礦分析的精確度。

4 結(jié)語

我國地質(zhì)研究水平隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)取得了明顯突破，分光光度法的運(yùn)用，不僅提升了巖礦測(cè)試工作的精確度和工作效率，而且也全面推動(dòng)了我國地質(zhì)學(xué)發(fā)展水平。在今后巖礦測(cè)試工作實(shí)施中，技術(shù)人員需繼續(xù)研究該技術(shù)的運(yùn)用與調(diào)控工作，確保巖礦測(cè)試信息數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確可靠。