地質(zhì)實驗測試中金屬元素異常信息提取及應(yīng)用

中國現(xiàn)代地質(zhì)工作始于20世紀(jì)初，距至今已有一百多年的歷史了。廣義的地質(zhì)工作，包括了地質(zhì)理論研究、地質(zhì)調(diào)查（包括地質(zhì)勘查）、地質(zhì)實驗測試等有關(guān)地質(zhì)科學(xué)理論研究和應(yīng)用研究及開發(fā)的全部思維和實踐活動，是從理論研究到實際應(yīng)用的全過程。理論研究是邏輯思維和論證的過程，包括各種資料的綜合、邏輯演繹及論證。地質(zhì)調(diào)查包括地質(zhì)構(gòu)造調(diào)查、地質(zhì)礦產(chǎn)調(diào)查、地質(zhì)生態(tài)環(huán)境調(diào)查等。地質(zhì)實驗測試包括地質(zhì)調(diào)查樣品的鑒定、分析、選冶加工試驗以及有關(guān)的方法研究和應(yīng)用研究。我國地質(zhì)工作和地質(zhì)科學(xué)的發(fā)展水平，總體上已跨入國際先進(jìn)行列。迄今已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的礦種有170個大類，幾乎世界上所有礦產(chǎn)在我國都有發(fā)現(xiàn)；已經(jīng)探明的具有工業(yè)儲量的礦種多達(dá)156個，已發(fā)現(xiàn)的礦點和礦床20多萬處，已建成初具規(guī)模的國有礦山8000多座，已在全國形成了300多個以礦業(yè)開發(fā)為支柱產(chǎn)業(yè)的新型城市，這些輝煌成就與中國地質(zhì)科學(xué)和地質(zhì)實驗測試技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展密切相關(guān)。

地質(zhì)實驗測試技術(shù)是促進(jìn)地質(zhì)工作和地質(zhì)科學(xué)發(fā)展的重要技術(shù)支撐，是人們認(rèn)識地球的“顯微鏡”，被譽(yù)為地質(zhì)找礦的“眼睛”，很多地質(zhì)礦產(chǎn)資源的普查、勘查、開發(fā)、評價都離不開地質(zhì)實驗測試取得的數(shù)據(jù)支撐，而這些數(shù)據(jù)的取得則是在實驗室內(nèi)對地質(zhì)調(diào)查獲得的代表性樣品進(jìn)行系統(tǒng)的理化性能測量，需要運用物理和化學(xué)等手段，具有非常強(qiáng)的專業(yè)性。然而在實際工作中，地質(zhì)實驗測試的復(fù)雜性遠(yuǎn)超過我們的想象，現(xiàn)代的地質(zhì)實驗測試主要以儀器為主，如電感耦合等離子體質(zhì)譜儀、原子吸收分光光度計、紫外可見分光光度計等，既有無機(jī)分析，又有有機(jī)分析，既有化學(xué)成分分析，又有物質(zhì)結(jié)構(gòu)分析、元素價態(tài)和形態(tài)分析，既有主量元素分析、更有微量和痕量元素分析。其中各種因素的相互影響制約著我們的化驗分析，影響著分析測試的真實結(jié)果。本文結(jié)合我們常用到的分析方法理論和實際分析中的異?，F(xiàn)象及處理的工作經(jīng)驗，主要對我們?nèi)粘７治鲋薪饘僭禺惓Ｐ畔⑦M(jìn)行梳理，避免我們在地質(zhì)實驗測試的道路中出現(xiàn)錯誤的分析結(jié)果，也為我們地質(zhì)新人提供一個捷徑，更快地掌握一些常規(guī)的地質(zhì)實驗。最重要的是有一些金屬元素異常被我們發(fā)現(xiàn)并通過解決問題后，還能發(fā)現(xiàn)一些潛在的伴生的礦產(chǎn)資源，為礦產(chǎn)資源的綜合利用和開發(fā)提供豐富的資料，更是避免了資源的浪費。

1 地質(zhì)樣品中金元素含量異常

金是一個貴金屬元素，在地質(zhì)找礦中頗受歡迎，然而在我們地質(zhì)實驗測試中卻并不簡單，在分析的過程中，有很多伴生元素，影響比較大的有銻、鎢、鉬等。

（1）在用容量法滴定常量金時，大量的銻存在時，會使金含量發(fā)生異常，三價銻導(dǎo)致分析結(jié)果偏低。究其原因，三價銻會和三價金發(fā)生氧化還原反應(yīng)，使三價金還原到零價，滴定時氫醌消耗較少。而五價銻會使結(jié)果偏高，原因是五價銻和三價金都被氫醌還原，使氫醌的用量增加，進(jìn)而導(dǎo)致金含量偏高，因此銻的存在對金的分析結(jié)果影響較大。我們在實驗分析測試時常通過加鹽酸、氫溴酸、硫酸或者樣品通過高溫爐焙燒處理樣品除銻，都取得較好的效果。那么從另一個層面上講，倘若我們實驗室在地質(zhì)實驗測試中發(fā)現(xiàn)樣品中有銻存在，并對銻的結(jié)果進(jìn)行了定量測定，并將此數(shù)據(jù)提供給委托方，相信也是一個非常大的貢獻(xiàn)。

在傳統(tǒng)數(shù)學(xué)教學(xué)中，教師只是專注于教材知識的講解，常常忽略了學(xué)生的主體性地位，與學(xué)生之間互動較少，導(dǎo)致課堂氣氛枯燥、無聊，無法提起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。對此，教師應(yīng)提高課堂趣味性，讓學(xué)生對數(shù)學(xué)產(chǎn)生興趣。練習(xí)本身就不可避免地帶有枯燥、單調(diào)的特質(zhì)，而數(shù)學(xué)習(xí)題由于充斥著大量的符號和數(shù)字，就顯得尤為枯燥。小學(xué)生的認(rèn)知能力和注意力有限，他們對過于單調(diào)重復(fù)的習(xí)題容易喪失興趣和注意力。因此，教師在設(shè)計習(xí)題內(nèi)容時，還需考慮習(xí)題的趣味性，增設(shè)趣味性習(xí)題以調(diào)動學(xué)生的積極性。例如，教師可以根據(jù)教學(xué)內(nèi)容和學(xué)生的年齡特點，安排故事類和探究類習(xí)題來激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

（2）同樣在金的分析過程中有鎢鉬存在時，常規(guī)溶礦的洗滌難以除掉大量的鎢鉬，因此在滴定時王水溶礦所產(chǎn)生的黃色物質(zhì)WO

和所生成的H

MoO

掩蓋了指示終點，導(dǎo)致結(jié)果異常。通常我們通過加堿液離心分離的方式消除干擾，能夠取得滿意的結(jié)果，但我們?nèi)绻麑?dǎo)致異常的鎢鉬的含量進(jìn)行了定量分析，應(yīng)該也會有一個喜人的發(fā)現(xiàn)。

2 單四級桿ICP-MS測定地質(zhì)樣品中金屬元素異常

2.1 鍺和鎘元素異常

釩是地球上廣泛分布的一種微量元素，其含量約占地殼構(gòu)成的0.02%，工業(yè)上常在鋼中加入釩，增加鋼的彈性和強(qiáng)度，由于釩元素測定時比較難原子化，用常規(guī)空氣-乙炔火焰原子吸收光譜法測定時相對比較困難，需在空氣中摻入氧氣形成富氧空氣來做助燃?xì)?，乙炔為燃?xì)獾母邷鼗鹧嬖游展庾V法進(jìn)行分析。這種現(xiàn)象實際上是原子吸收中電離干擾導(dǎo)致數(shù)據(jù)異常，我們常通過加入更易電離的堿金屬元素，可以有效的消除電離干擾。如在用原子吸收分光光度計測定鈉元素時，鈉離子在空氣-乙炔火焰中會出現(xiàn)電離的現(xiàn)象，想要解決這個問題，我們通常加入一定量的氯化銫來消除干擾，這樣有效地防止了待測試液中的金屬元素電離現(xiàn)象的發(fā)生。

2.2 銅和鋅元素異常

原子吸收分光光度法是基于試樣蒸汽相中被測元素的基態(tài)原子對由光源發(fā)出的該原子的特征性窄頻輻射產(chǎn)生共振吸收，其吸光度在一定范圍內(nèi)與蒸汽相中被測元素的基態(tài)原子濃度成正比，以此來測定試樣中該元素含量的一種儀器分析方法。原子吸收分光光度法使用的是銳線光源應(yīng)用的是共振吸收線，測定的是基態(tài)原子；所以吸收線的數(shù)目較少，譜線重疊的概率較小，光譜干擾較小，測定時受溫度的影響較小，因此相對來說，原子吸收分光光度法干擾較小。然而事實上，有時干擾也很嚴(yán)重，原子吸收分光光度法的干擾效應(yīng)按照性質(zhì)和產(chǎn)生的原因可以分為：化學(xué)干擾、物理干擾、電離干擾、光譜干擾等，這些干擾均可使火焰原子吸收分光光度計的霧化效率或靈敏度發(fā)生變化，進(jìn)而導(dǎo)致金屬元素分析異常。

鎳元素是地質(zhì)樣品及土壤樣品最常分析的重金屬元素之一，是最常見得致敏性金屬。對鎳元素的分析方法有很多，地質(zhì)樣品中鎳元素的分析主要是原子吸收分光光度法，然而在測定時，卻會產(chǎn)生光譜干擾，要得到準(zhǔn)確結(jié)果必須解決這一難題。光譜干擾是指與光譜發(fā)射及吸收有關(guān)的干擾，包括譜線干擾和背景吸收產(chǎn)生的干擾。譜線干擾包括光譜通帶內(nèi)存在著非吸收線、待測元素的分析線與共存元素的吸收線相重疊以及原子池內(nèi)的直流發(fā)射等。此時，可減少狹縫寬度，降低燈電流，采用其他分析線以及采用交流調(diào)制等辦法來消除干擾。背景吸收產(chǎn)生的干擾包括分子吸收和光散射。分子吸收干擾是指在原子化過程中生成的氣態(tài)分子或氧化物及鹽類分子對光源共振輻射的吸收而引起的干擾。它是一種帶吸收。光散射是指在原子化過程中，產(chǎn)生的固體微粒對光產(chǎn)生散射，使被散射的光偏離光路而不為檢測器所檢測，導(dǎo)致吸光值偏高。非火焰法的背景吸收比火焰法高很多，若不扣除背景，有時根本無法進(jìn)行測定。常見的背景校正方法有用鄰近非共振線校正背景、連續(xù)光源校正背景、塞曼效應(yīng)背景扣除法等。

2.3 鉻元素異常

鈣是生物圈內(nèi)分布最廣泛的金屬元素之一,僅次于鐵、鋁,約占地殼的3%，以化合物狀態(tài)存在,常見的如石灰石與大理石,石膏等。鈣也是構(gòu)成人體的重要組分。在用空氣-乙炔燃燒的原子吸收分光光度計測定中，鈣離子與樣品中存在的磷酸鹽、硫酸鹽、鋁鈦等發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成了熱力學(xué)更穩(wěn)定的化合物，從而降低了火焰中基態(tài)原子數(shù)目，這種現(xiàn)象是典型的化學(xué)干擾，化學(xué)干擾是一種選擇性干擾，消除的方法有：化學(xué)分離；使用高溫火焰；加入釋放劑和保護(hù)劑及緩沖劑；使用基體改進(jìn)劑等。例如磷酸鹽對鈣含量測定干擾時，當(dāng)加入氯化鑭后，鑭離子與磷酸根更易結(jié)合而將鈣釋放出來，從而消除了磷酸根對鈣測定的干擾。在石墨爐中或試液中加入某種化學(xué)物質(zhì)（基體改進(jìn)劑）使基體形成易揮發(fā)化合物，在原子化前除去，從而避免與待測元素的共揮發(fā)。例如氯化鈉基體對測鎘的干擾可通過加入硝酸銨，使其轉(zhuǎn)變成易揮發(fā)的氯化銨和硝酸鈉，在灰化階段除去加以消除。

3 原子吸收分光光度法測定地質(zhì)樣品中金屬元素異常

銅在地殼中的含量約為0.01%，在個別銅礦床中，銅的含量可以達(dá)到3%～5%。自然界中的銅，多數(shù)以化合物即銅礦物存在。鋅是一種淺灰色的過渡金屬，也是第四“常見”的金屬，僅次于鐵、鋁及銅。銅和鋅都是人體所必需的一種微量元素。然而我們在對土壤、沉積物、巖石等地質(zhì)樣品中銅含量用ICP-MS進(jìn)行分析時，由于大部分含量比較低，有研究表明，一些常量元素會在測定時對其有干擾。其中Ti在自然界中分布較廣，約占地殼質(zhì)量的0.6%，例如我國釩鈦磁鐵礦石分布較廣，儲量較大，Ti元素的含量很高，用ICPMS法測定對Cu和Zn的測定影響較大，原因就是質(zhì)量數(shù)為49的Ti與質(zhì)量數(shù)為16的氧結(jié)合形成

Ti

O

，與質(zhì)量數(shù)為65的Cu一致，產(chǎn)生干擾；質(zhì)量數(shù)為50的Ti與質(zhì)量數(shù)為16的氧結(jié)合形成

Ti

O

，與質(zhì)量數(shù)為66的Zn一致，產(chǎn)生干擾。解決方法為通過添加干擾校正方程解決。

數(shù)學(xué)教育看上去像一個擁有堅實的學(xué)科基礎(chǔ)和清楚的方法論基礎(chǔ)的、古老的跨世紀(jì)學(xué)科領(lǐng)域．但數(shù)學(xué)教育真的已經(jīng)是這樣的學(xué)科了嗎？數(shù)學(xué)教育學(xué)科從ESM和JRME等學(xué)術(shù)期刊創(chuàng)刊以來，僅僅只有半個世紀(jì)之久，雖然此前也有關(guān)于數(shù)學(xué)教育研究的文章發(fā)表，事實上數(shù)學(xué)教育仍然是一個極其年輕的學(xué)科．

3.1 原子吸收測定地質(zhì)樣品中釩、鈉元素異常

鍺在自然界分布很散很廣，鍺具有多方面的特殊用途，在光纖通訊、太陽能電池、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域都有廣泛且重要的應(yīng)用。鎘是地球化學(xué)調(diào)查及環(huán)境樣品分析必須要檢測的一個重金屬元素，會對呼吸道產(chǎn)生刺激，鎘和它的化合物都具有毒性。有研究表明，在ICP-MS測定中，

Zn對

Ge、

Sn對

Cd、

Sn對

Cd產(chǎn)生同量異位素疊加干擾、

Zr

O對

Cd、

Zr

O對

Cd、

Zr

O對

Cd產(chǎn)生多原子復(fù)合離子干擾、

Ce

對

Ge,

Sm

、

Nd

對

Ge,

Sm

、

Nd

對

Ge產(chǎn)生雙電荷離子干擾，以上干擾元素都會對分析結(jié)果造成較大誤差，因此在分析過程中尤其注意這些干擾元素的含量。我們常通過選擇測量元素的同位素和干擾校正方程進(jìn)行校正來得到準(zhǔn)確的分析結(jié)果，如在測定Ge時，主要受到

Zn對

Ge，

Ce

對

Ge,

Sm

、

Nd

對

Ge,

Sm

、

Nd

對

Ge的干擾。因為地質(zhì)樣品中Sm元素和Nd元素的含量相對較低，干擾元素同位素豐度小等因素，因此選擇質(zhì)量數(shù)為

Ge的作為測量同位素，干擾相對較小，同時，質(zhì)量數(shù)為

Ge的靈敏度也較高。測定Cd時，Zr和Sn是主要干擾元素，由于一般地球化學(xué)樣品中Sn的含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于Zr，并且Sn對Cd僅有同最異位素干擾，干擾相對簡單，而Zr原子離子干擾，干擾復(fù)雜，應(yīng)該盡量避免，因此在測定中選取沒有Zr干擾的同位素

Cd進(jìn)行測定。對選擇同位素仍然不能有效避免的質(zhì)譜干擾，可以通過校正方程進(jìn)行干擾校正。校正方程中的干擾系數(shù)分別用Nd、Sm、Sn的單個純標(biāo)準(zhǔn)溶液測定和計算得出。

3.2 原子吸收測定地質(zhì)樣品中鈣元素異常

鉻元素是我們?nèi)粘７治鲚^多的一種重金屬，他的毒性很強(qiáng)，進(jìn)入人體中，容易對人的內(nèi)臟器官造成傷害，如果在人體內(nèi)蓄積時間過長，可以引發(fā)一些致癌的疾病。鉻有2價、3價和6價三種化合物。引起中毒主要是指6價鉻而言，它具有強(qiáng)氧化性，易穿入生物膜而起作用。我們在常規(guī)的地質(zhì)樣品分析中，鉻的含量還是很低的，而我們在對地質(zhì)樣品消解時常會用到鹽酸和高氯酸，在測定時易形成干擾，我們常用到的氬氣也會與氧形成干擾，對結(jié)果造成影響。

3.3 原子吸收測定地質(zhì)樣品中鎳元素異常

11.2.2.2 當(dāng)柄原基大量出現(xiàn)時，適當(dāng)減少通風(fēng)量，促使柄原基長到5～7厘米后，再加大通風(fēng)量，每天通風(fēng)2次，每次1小時，促進(jìn)蓋原基分化。

由于有軌電車各線的客流分布情況并不一致，網(wǎng)絡(luò)化運營模式能夠充分發(fā)揮現(xiàn)代有軌電車運營組織靈活的特點，線路間的列車能夠互相調(diào)劑補(bǔ)充，既能滿足客流量的需求和服務(wù)水平，又能達(dá)到提高各線路的車輛滿載率，加快列車周轉(zhuǎn)，節(jié)省運用車數(shù)的網(wǎng)絡(luò)化運營模式下的資源共享，達(dá)到運營效益最大化的目的。

當(dāng)背景分布比較均勻時，可以認(rèn)為與分析線鄰近的非共振線的吸收與分析線的背景吸收近似相等。用分析線測量原子與背景吸收的總吸光度，因非共振線不產(chǎn)生原子吸收，用它來測量背景吸收的吸光度，兩次測量值相減即得到校正背景之后的原子吸收吸光度。例如鎳的共振線232.0nm鄰近有非共振線231.6nm，可在232.0nm測定鎳原子的吸收和背景吸收的總和，然后在231.6測定背景吸收，兩者之差即為鎳的吸光度。本方法適用于分析線附近，背景吸收變化不大的情況，否則準(zhǔn)確度較差。也可采用氘燈扣背景法，這種方法是先用銳線光源測定分析線的原子吸收和背景吸收的總光度，再用氘燈在同一波長測定背景吸收，計算兩次測定吸光度之差，即可是背景吸收得到校正。

4 結(jié)語

十四五規(guī)劃以來，國家更加重視戰(zhàn)略性礦產(chǎn)資源的調(diào)查與評價、勘查、開發(fā)和綜合利用，注重推進(jìn)資源型地區(qū)高質(zhì)量發(fā)展。地質(zhì)實驗測試必定是不可缺少的環(huán)節(jié)。然而經(jīng)過多年的發(fā)展和完善，地質(zhì)實驗測試配套體系已逐步成熟，異常信息的提取與應(yīng)用，是對實驗測試數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性、合理性判斷的反映，也是對整個礦產(chǎn)資源規(guī)律的把握。

總之，地質(zhì)實驗測試異常信息的提取和應(yīng)用的影響是多方面的，對于地質(zhì)實驗測試人員來說，在分析測試過程中，及時發(fā)現(xiàn)異常信息，既保證了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，也對分析測試人員的專業(yè)技能得到很大的提升。長遠(yuǎn)去看，地質(zhì)實驗測試異常信息的提取和應(yīng)用，也是綜合應(yīng)用能力的一種體現(xiàn)，為我國地質(zhì)實驗測試分析方法開發(fā)及地質(zhì)實驗測試資源整合奠定了基礎(chǔ)，這也必將為地質(zhì)實驗測試工作創(chuàng)造更廣闊的發(fā)展前景。

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