化探知識(shí)
地質(zhì)大調(diào)查中的化探野外快速分析測試技術(shù)
文章來源:地大熱能 發(fā)布作者: 發(fā)表時(shí)間:2021-11-04 14:23:28瀏覽次數(shù):1433
21世紀(jì)初,我國開展了規(guī)模空前的新一輪國土資源大調(diào)查,使勘查地球化學(xué)野外快速分析測試技術(shù)的發(fā)展得到了進(jìn)一步的重視和加強(qiáng),出現(xiàn)了一批具代表性的研究成果。
中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)(盛紹基,戚文玲,楊祥等,2002)針對(duì)野外現(xiàn)場分析的要求,選擇了微珠比色、微量滴定和蛋薄膜富集比色三項(xiàng)技術(shù),擬定了30個(gè)痕量(或次量、主量)元素的40種分析方法。微珠比色法是采用均相顯色、異相析出技術(shù),將萃取比色的有機(jī)相體積縮小到10 μL左右進(jìn)行比色,從而使比色分析的靈敏度提高2~3個(gè)數(shù)量級(jí),適合低品位樣品及水樣中痕量成分的測定,減少了試劑用量,降低了成本;高品位樣品采用微量滴定法可節(jié)約大量試劑,降低成本,減少對(duì)環(huán)境的污染;蛋薄膜比色法是選擇干擾少、材料易得、成本低廉的雞(鴨)蛋皮內(nèi)膜為吸附劑和顯色載體,在野外測定金、銀的方法。一個(gè)研究項(xiàng)目中研究、制定30個(gè)元素的40種測定方法,其工作量之大是可想而知的。
原成都地質(zhì)學(xué)院研制的能量色散X射線熒光光譜儀,又在小型化、穩(wěn)定性、測定元素多等方面有了新的進(jìn)展,測定元素達(dá)76種,但金、銀等元素的檢出限在μg/g水平,靈敏度仍不能滿足化探異常檢查的要求(地質(zhì)礦產(chǎn)部科學(xué)技術(shù)司,1997)。
地科院物化探研究所組織研究組(盧蔭庥等)對(duì)野外快速分析方法技術(shù)的發(fā)展歷史、現(xiàn)狀進(jìn)行了調(diào)研(中國地質(zhì)科學(xué)院地球物理地球化學(xué)勘查研究所,2002),發(fā)現(xiàn):由于歷史條件的限制,文獻(xiàn)中記載的方法技術(shù),均未重視野外樣品加_T工具、稱量器具存在的問題,因而,取樣的代表性、稱量的準(zhǔn)確性均得不到保證;這些方法幾乎無一例外地依賴目視比較顏色的深淺,去估算元素含量的高低,這就不可避免地帶有主觀誤差,結(jié)果的準(zhǔn)確度也難以保證。研究組認(rèn)為,實(shí)現(xiàn)野外快速定量分析,必須解決三個(gè)關(guān)鍵技術(shù)問題。
①樣品加工:研制開發(fā)輕便實(shí)用、性能好、效率高、可在野外加工樣品的工具,以確保所加工的樣品的代表性和均勻性;②稱量準(zhǔn)確:必須有足夠精度和準(zhǔn)確度的(至少要達(dá)到0. 01 g)便攜式交直流兩用電子天平,以確保野外稱樣量的準(zhǔn)確性;③用自動(dòng)化儀器測定,提高測定靈敏度和準(zhǔn)確度。
2000年1月至2002年6月,盧蔭庥、白金峰、王守新等以全面解決野外(現(xiàn)場)快速分析測試技術(shù),研制野外適用的智能測試儀器和輕便實(shí)驗(yàn)裝備為目標(biāo),在研究元素測試技術(shù)的同時(shí),研制智能化光導(dǎo)分光光度(比色)計(jì),試制或引進(jìn)野外樣品加工機(jī)器、電子天平,開發(fā)出了包括野外樣品加工工具,電子天平、分析測試方法技術(shù)、檢測儀器和實(shí)驗(yàn)器具、分析箱的整套野外快速分析系統(tǒng),把野外快速分析技術(shù)推向現(xiàn)代化、定量化的發(fā)展道路。現(xiàn)將主要研究成果簡述如下。
1)優(yōu)選、發(fā)展了金、銀、銅、鉛和鋅等12種元素用光導(dǎo)分光光度計(jì)測定的20種野外快速定量分析方法,以及3種半定量、近似定量分析方法。這些方法具有兩個(gè)顯著特點(diǎn):①靈活性,既可單獨(dú)測定,亦可于同一稱樣中連續(xù)測定(金、銀除外),如同一稱樣經(jīng)氨水分離后實(shí)現(xiàn)銀、銅和鋅的單獨(dú)或連續(xù)測定;②配套性,不同含量級(jí)次配套使用,測定范圍跨4~6個(gè)數(shù)量級(jí),可滿足化探中不同目的、不同用途的12種元素野外分析的需要。
2)在原提出的金-硫代米蚩酮- DBS新顯色體系的基礎(chǔ)上,優(yōu)選、發(fā)展了金的野外快速定量分析法:①泡沫塑料預(yù)處理的新方法,使金的富集率穩(wěn)定在95%以上;②在同一稱樣中,經(jīng)一次富集、用混合解脫劑解脫金后,連續(xù)測定痕量和常量金的新定量方法。測定范圍為0.000 0~50 g/t金,跨6個(gè)數(shù)量級(jí),應(yīng)用范圍廣,不僅可測定痕量金,且可進(jìn)行金礦石的品位測定,是金異常檢查,金礦開采及選冶的一種簡易、快速、靈敏、準(zhǔn)確而又實(shí)用的野外(現(xiàn)場)快速定量分析方法。
3)發(fā)展了銀一硫代米蚩酮一DBS新顯色體系,優(yōu)選、發(fā)展了在同一稱樣中連續(xù)測定痕量和常量銀的配套方法,測定范圍為0. oio~ioo vg/g銀,跨5個(gè)數(shù)量級(jí)。特點(diǎn)是:在同一稱樣中,先用光導(dǎo)比色法直接測定0. 25 μg/g以上銀量,當(dāng)銀量低于0.25 μg/g時(shí),則用巰基棉富集剩余溶液中的銀,再用液珠析出法測定。方法簡便、快速、靈敏和準(zhǔn)確。
4)將氫化物發(fā)生技術(shù)應(yīng)用于野外砷等元素的定量測定,并與光導(dǎo)比色新技術(shù)結(jié)合,建立了氫化物發(fā)生一光導(dǎo)比色測定新方法。經(jīng)過多年野外實(shí)際工作考驗(yàn),又對(duì)方法、實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行了優(yōu)化改進(jìn)。提出了在野外于同一稱樣中實(shí)現(xiàn):①砷、銻,②砷、銻、鉍,③鉍的同時(shí)(或單獨(dú))測定方法。方法操作簡便、快速,較為靈敏、準(zhǔn)確,成本低廉,亦可用于環(huán)境樣品(如土壤、水樣)中上述元素的測定。
5)對(duì)從美國引進(jìn)的核心部件USB2000光譜儀主機(jī)(體積89 mm×64 mm×34 mm,重270 9)進(jìn)行了卓有成效的二次開發(fā):①自主開發(fā)了第一個(gè)實(shí)用性很強(qiáng)的中文版應(yīng)用軟件,可用筆記本電腦指令儀器在200~850 nm范圍內(nèi)進(jìn)行波長掃描,確定最佳分析波長,故可發(fā)展成多元素的同時(shí)、連續(xù)測定,還可用化學(xué)計(jì)量學(xué)方法同時(shí)測定多個(gè)元素;儀器可進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)、樣品溶液的測定,進(jìn)行數(shù)據(jù)處理等,拓寬了儀器的使用范圍,實(shí)現(xiàn)了野夕卜測試的計(jì)算機(jī)化。②自行研制了可見光源(鹵鎢燈光源,波長360—850 nm),紫外一可見光源(氘燈、鹵鎢燈光源,波長200~850 nm),以及與之配合使用的光導(dǎo)纖維傳感器;研制了多種材質(zhì)、多種長度的光導(dǎo)探頭,與光導(dǎo)纖維傳感器配合,可用于不同含量級(jí)次元素的測定;使用二次開發(fā)后的XSP-I光導(dǎo)光度計(jì),可方便實(shí)現(xiàn)野外12種以上元素的測定,即使是較難測的金,在用7 cm長探頭時(shí),可直接測定5 ng/g以上金量(取20 9樣)。
6)結(jié)合我國國情研制了智能化、普及型的交直流兩用XBG -2光導(dǎo)比色計(jì),用單片機(jī)取代原微機(jī),外接微型打印機(jī),可實(shí)現(xiàn)分析結(jié)果、分析條件的輸出、打印,還可與其他臺(tái)式機(jī)或筆記本電腦通信,填補(bǔ)了國內(nèi)便攜式光導(dǎo)比色計(jì)的空白,為野外快速分析系統(tǒng)的完善、發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。
7)為了不同層次用戶的需要,開發(fā)了金、銀、銅等5種元素的野外近似定量分析包(30 cm×20 cm×15 cm),裝有可測定500個(gè)金、銅、銀樣的試劑和用具,尤其適合在特殊的景觀區(qū)進(jìn)行異常檢查。
8)研制、配備了野外分析箱,把主要裝置和器具壓縮在一個(gè)簡易分析箱內(nèi),較為輕便、靈活。
此項(xiàng)成果被專家評(píng)定為優(yōu)秀等級(jí),在國內(nèi)得到廣泛應(yīng)用,并到哥倫比亞等國進(jìn)行技術(shù)交流,所制定的痕金分析規(guī)程被納入該國實(shí)驗(yàn)室的分析規(guī)程,并進(jìn)行了人員培訓(xùn)。
中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)(盛紹基,戚文玲,楊祥等,2002)針對(duì)野外現(xiàn)場分析的要求,選擇了微珠比色、微量滴定和蛋薄膜富集比色三項(xiàng)技術(shù),擬定了30個(gè)痕量(或次量、主量)元素的40種分析方法。微珠比色法是采用均相顯色、異相析出技術(shù),將萃取比色的有機(jī)相體積縮小到10 μL左右進(jìn)行比色,從而使比色分析的靈敏度提高2~3個(gè)數(shù)量級(jí),適合低品位樣品及水樣中痕量成分的測定,減少了試劑用量,降低了成本;高品位樣品采用微量滴定法可節(jié)約大量試劑,降低成本,減少對(duì)環(huán)境的污染;蛋薄膜比色法是選擇干擾少、材料易得、成本低廉的雞(鴨)蛋皮內(nèi)膜為吸附劑和顯色載體,在野外測定金、銀的方法。一個(gè)研究項(xiàng)目中研究、制定30個(gè)元素的40種測定方法,其工作量之大是可想而知的。
原成都地質(zhì)學(xué)院研制的能量色散X射線熒光光譜儀,又在小型化、穩(wěn)定性、測定元素多等方面有了新的進(jìn)展,測定元素達(dá)76種,但金、銀等元素的檢出限在μg/g水平,靈敏度仍不能滿足化探異常檢查的要求(地質(zhì)礦產(chǎn)部科學(xué)技術(shù)司,1997)。
地科院物化探研究所組織研究組(盧蔭庥等)對(duì)野外快速分析方法技術(shù)的發(fā)展歷史、現(xiàn)狀進(jìn)行了調(diào)研(中國地質(zhì)科學(xué)院地球物理地球化學(xué)勘查研究所,2002),發(fā)現(xiàn):由于歷史條件的限制,文獻(xiàn)中記載的方法技術(shù),均未重視野外樣品加_T工具、稱量器具存在的問題,因而,取樣的代表性、稱量的準(zhǔn)確性均得不到保證;這些方法幾乎無一例外地依賴目視比較顏色的深淺,去估算元素含量的高低,這就不可避免地帶有主觀誤差,結(jié)果的準(zhǔn)確度也難以保證。研究組認(rèn)為,實(shí)現(xiàn)野外快速定量分析,必須解決三個(gè)關(guān)鍵技術(shù)問題。
①樣品加工:研制開發(fā)輕便實(shí)用、性能好、效率高、可在野外加工樣品的工具,以確保所加工的樣品的代表性和均勻性;②稱量準(zhǔn)確:必須有足夠精度和準(zhǔn)確度的(至少要達(dá)到0. 01 g)便攜式交直流兩用電子天平,以確保野外稱樣量的準(zhǔn)確性;③用自動(dòng)化儀器測定,提高測定靈敏度和準(zhǔn)確度。
2000年1月至2002年6月,盧蔭庥、白金峰、王守新等以全面解決野外(現(xiàn)場)快速分析測試技術(shù),研制野外適用的智能測試儀器和輕便實(shí)驗(yàn)裝備為目標(biāo),在研究元素測試技術(shù)的同時(shí),研制智能化光導(dǎo)分光光度(比色)計(jì),試制或引進(jìn)野外樣品加工機(jī)器、電子天平,開發(fā)出了包括野外樣品加工工具,電子天平、分析測試方法技術(shù)、檢測儀器和實(shí)驗(yàn)器具、分析箱的整套野外快速分析系統(tǒng),把野外快速分析技術(shù)推向現(xiàn)代化、定量化的發(fā)展道路。現(xiàn)將主要研究成果簡述如下。
1)優(yōu)選、發(fā)展了金、銀、銅、鉛和鋅等12種元素用光導(dǎo)分光光度計(jì)測定的20種野外快速定量分析方法,以及3種半定量、近似定量分析方法。這些方法具有兩個(gè)顯著特點(diǎn):①靈活性,既可單獨(dú)測定,亦可于同一稱樣中連續(xù)測定(金、銀除外),如同一稱樣經(jīng)氨水分離后實(shí)現(xiàn)銀、銅和鋅的單獨(dú)或連續(xù)測定;②配套性,不同含量級(jí)次配套使用,測定范圍跨4~6個(gè)數(shù)量級(jí),可滿足化探中不同目的、不同用途的12種元素野外分析的需要。
2)在原提出的金-硫代米蚩酮- DBS新顯色體系的基礎(chǔ)上,優(yōu)選、發(fā)展了金的野外快速定量分析法:①泡沫塑料預(yù)處理的新方法,使金的富集率穩(wěn)定在95%以上;②在同一稱樣中,經(jīng)一次富集、用混合解脫劑解脫金后,連續(xù)測定痕量和常量金的新定量方法。測定范圍為0.000 0~50 g/t金,跨6個(gè)數(shù)量級(jí),應(yīng)用范圍廣,不僅可測定痕量金,且可進(jìn)行金礦石的品位測定,是金異常檢查,金礦開采及選冶的一種簡易、快速、靈敏、準(zhǔn)確而又實(shí)用的野外(現(xiàn)場)快速定量分析方法。
3)發(fā)展了銀一硫代米蚩酮一DBS新顯色體系,優(yōu)選、發(fā)展了在同一稱樣中連續(xù)測定痕量和常量銀的配套方法,測定范圍為0. oio~ioo vg/g銀,跨5個(gè)數(shù)量級(jí)。特點(diǎn)是:在同一稱樣中,先用光導(dǎo)比色法直接測定0. 25 μg/g以上銀量,當(dāng)銀量低于0.25 μg/g時(shí),則用巰基棉富集剩余溶液中的銀,再用液珠析出法測定。方法簡便、快速、靈敏和準(zhǔn)確。
4)將氫化物發(fā)生技術(shù)應(yīng)用于野外砷等元素的定量測定,并與光導(dǎo)比色新技術(shù)結(jié)合,建立了氫化物發(fā)生一光導(dǎo)比色測定新方法。經(jīng)過多年野外實(shí)際工作考驗(yàn),又對(duì)方法、實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行了優(yōu)化改進(jìn)。提出了在野外于同一稱樣中實(shí)現(xiàn):①砷、銻,②砷、銻、鉍,③鉍的同時(shí)(或單獨(dú))測定方法。方法操作簡便、快速,較為靈敏、準(zhǔn)確,成本低廉,亦可用于環(huán)境樣品(如土壤、水樣)中上述元素的測定。
5)對(duì)從美國引進(jìn)的核心部件USB2000光譜儀主機(jī)(體積89 mm×64 mm×34 mm,重270 9)進(jìn)行了卓有成效的二次開發(fā):①自主開發(fā)了第一個(gè)實(shí)用性很強(qiáng)的中文版應(yīng)用軟件,可用筆記本電腦指令儀器在200~850 nm范圍內(nèi)進(jìn)行波長掃描,確定最佳分析波長,故可發(fā)展成多元素的同時(shí)、連續(xù)測定,還可用化學(xué)計(jì)量學(xué)方法同時(shí)測定多個(gè)元素;儀器可進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)、樣品溶液的測定,進(jìn)行數(shù)據(jù)處理等,拓寬了儀器的使用范圍,實(shí)現(xiàn)了野夕卜測試的計(jì)算機(jī)化。②自行研制了可見光源(鹵鎢燈光源,波長360—850 nm),紫外一可見光源(氘燈、鹵鎢燈光源,波長200~850 nm),以及與之配合使用的光導(dǎo)纖維傳感器;研制了多種材質(zhì)、多種長度的光導(dǎo)探頭,與光導(dǎo)纖維傳感器配合,可用于不同含量級(jí)次元素的測定;使用二次開發(fā)后的XSP-I光導(dǎo)光度計(jì),可方便實(shí)現(xiàn)野外12種以上元素的測定,即使是較難測的金,在用7 cm長探頭時(shí),可直接測定5 ng/g以上金量(取20 9樣)。
6)結(jié)合我國國情研制了智能化、普及型的交直流兩用XBG -2光導(dǎo)比色計(jì),用單片機(jī)取代原微機(jī),外接微型打印機(jī),可實(shí)現(xiàn)分析結(jié)果、分析條件的輸出、打印,還可與其他臺(tái)式機(jī)或筆記本電腦通信,填補(bǔ)了國內(nèi)便攜式光導(dǎo)比色計(jì)的空白,為野外快速分析系統(tǒng)的完善、發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。
7)為了不同層次用戶的需要,開發(fā)了金、銀、銅等5種元素的野外近似定量分析包(30 cm×20 cm×15 cm),裝有可測定500個(gè)金、銅、銀樣的試劑和用具,尤其適合在特殊的景觀區(qū)進(jìn)行異常檢查。
8)研制、配備了野外分析箱,把主要裝置和器具壓縮在一個(gè)簡易分析箱內(nèi),較為輕便、靈活。
此項(xiàng)成果被專家評(píng)定為優(yōu)秀等級(jí),在國內(nèi)得到廣泛應(yīng)用,并到哥倫比亞等國進(jìn)行技術(shù)交流,所制定的痕金分析規(guī)程被納入該國實(shí)驗(yàn)室的分析規(guī)程,并進(jìn)行了人員培訓(xùn)。