姜峰

【摘 要】隨著地質(zhì)科學的不斷發(fā)展和地質(zhì)勘察工作的不斷推進，作為地質(zhì)勘查中的重要一環(huán)，地質(zhì)實驗室工作的重要性越來越凸顯。地質(zhì)實驗室的化學分析、樣品管理直接關系到地質(zhì)實驗室服務地質(zhì)的質(zhì)量和時效。本文結(jié)合銅陵有色金屬集團股份公司礦產(chǎn)資源中心實驗室的生產(chǎn)實際，從不同角度對地質(zhì)樣品化學分析與樣品管理進行了分析和探究。

【關鍵詞】地質(zhì)實驗室樣品；儀器分析；化學分析；樣品管理；保存

一、地質(zhì)實驗室?guī)r石礦物樣品的分析技術

隨著環(huán)境地學、能源礦產(chǎn)需求的增加，地質(zhì)實驗室工作不斷推進的過程中，地質(zhì)樣品分析難度在不斷增加，分析測試水平也在不斷提高，地質(zhì)分析中的分析技術在快速發(fā)展，分析過程中需要對分析樣品中的多種相關元素進行檢測，在化學技術初步起步階段中，巖礦分析作為簡單傳統(tǒng)的分析技術，為后來的分析工作發(fā)展提供了基礎。隨著科技的快速發(fā)展，化學分析技術發(fā)展局限性使其向更深領域發(fā)展，儀器分析技術開始在科學分析界涌現(xiàn)，化學分析開始失去其原來的地位。近年來我國科技水平有了質(zhì)的飛躍，各領域均得到了快速發(fā)展，分析技術也受到了人們的重視，其分析速度快、精準性高、智能化等優(yōu)勢引起了科研人員的關注，電感耦合、電子探針、X射線熒光技術等迅猛發(fā)展，在地質(zhì)實驗室樣品分析領域產(chǎn)生了強大的影響力。當前發(fā)展階段，對地質(zhì)分析的需求正在快速增加，現(xiàn)在多元素儀器分析已經(jīng)成為研究主角，其中包括針對多項微量元素等方面的分析。

（一）儀器分析測試技術在地質(zhì)實驗室中的應用

與化學分析相比，儀器分析具有靈敏度高、檢出限低、選擇性好、操作簡單等優(yōu)點，因而分析速度快，在地質(zhì)樣品的分析測試中廣泛應用，由于儀器分析相對誤差較大，因而適合于痕量分析以及超痕量分析。在地質(zhì)實驗室中，一般用于低品位普通生產(chǎn)樣的分析測試。

地質(zhì)實驗室的常見儀器分析測試技術有紫外可見吸收光譜、紅外吸收光譜、原子吸收光譜、X射線熒光光譜、電感耦合等離子體發(fā)射光譜（ICP-AES）、氣相色譜、高效液相色譜等。以最常用的原子吸收光譜和紫外可見分光光譜為例，以下簡述地質(zhì)實驗室中吸收光譜分析技術在測定低品位Cu、Zn、Pb、Ag、Au、As等元素的應用。

1.原子吸收光譜

原子吸收光譜法的依據(jù)是待測樣品蒸氣相中的被測元素的基態(tài)原子，對由光源發(fā)出的被測元素的特征輻射光的共振吸收，通過測量輻射光的減弱程度，得出樣品中被測元素的含量。

地質(zhì)實驗室在利用原子吸收光譜（以石墨爐原子吸收光譜為例）測量Cu元素時的處理（適用0.1～8μg Cu的測定）如下：試樣經(jīng)鹽酸、硝酸、氫氟酸、高氯酸分解，制成（1+99）硝酸介質(zhì)，不加基體改進劑，以銅空心陰極燈為光源，輻射出銅元素特征光譜，通過石墨爐中試樣蒸氣時，被蒸氣中銅的基態(tài)原子所吸收，由輻射光強度減弱的程度獲得試樣中Cu的含量。需要注意的是，硫酸鹽、磷酸鹽及銀、鐵、鉻等干擾，在測量時需背景校正。由于儀器分析可以通過選擇或者調(diào)整測定條件使共存組分不產(chǎn)生干擾，因而在測定微量元素時，可利用一次操作連續(xù)測定若干個元素，如地質(zhì)實驗室中常用原子吸收光譜連續(xù)測定Cu、Zn等元素。

地質(zhì)實驗室在利用原子吸收光譜測量Pb元素時的處理（適用0.01%～5%Pb的測定）如下：試樣經(jīng)王水（或氫氟酸+王水+高氯酸）分解，在（5+95）硝酸介質(zhì)（或硝酸-硼酸介質(zhì)）中，使用空氣-乙炔火焰，于原子吸收光譜儀上波長283.3nm處測量Pb的吸光度。若使用石墨爐原子吸收儀，試樣分解后在（2+98）硝酸介質(zhì)中。

地質(zhì)實驗室在利用原子吸收光譜（以酸溶-石墨爐原子吸收光譜為例）測量Ag元素時的處理（適用下限0.02μg/g Ag的測定）如下：試樣經(jīng)鹽酸、硝酸、氫氟酸、高氯酸溶解，趕盡氟，以硫脲和磷酸氫二銨作基體改進劑，無需分離，直接用石墨爐原子吸收儀測定Ag量。

地質(zhì)實驗室在利用原子吸收光譜（以泡塑富集-原子吸收光譜為例）測量Au元素時的處理如下：試樣中的金用王水溶解，泡沫塑料富集，經(jīng)硫脲解脫或無臭灰化，用鹽酸-過氧化氫或硫脲-鹽酸溶解后，以原子吸收光譜測量Au含量。需要注意的是，當鐵量大于150mg時，泡塑吸附金的回收率顯著提高，可據(jù)此提高測量精度。

2.紫外-可見吸收光譜

盡管都屬于吸收光譜分析，但與原子吸收相比，紫外-可見吸收光譜中，吸光物質(zhì)是無機化合物的分子或離子。

地質(zhì)實驗室常用測As工藝為Ag-DDTC光度法：試樣用硝酸、硫酸分解，于硫酸溶液中，在碘化鉀存在下，用氯化亞錫將五價砷還原為三價砷，再用無砷鋅粒將三價砷還原為砷化氫氣體，逸出的砷化氫，用含有三乙醇胺的Ag-DDTC的三氯甲烷溶液吸收，Ag-DDT的銀離子被還原為紅棕色膠態(tài)銀，于分光光度計上波長530nm處測量吸光度，從而間接測定砷。該法亦可改進為砷銻鉬藍比色：發(fā)生后的砷化氫用碘吸收液吸收，以硫酸、抗壞血酸、鉬酸銨、酒石酸銻鉀混合顯色劑顯色，于分光光度計640nm處測量吸光度，直接測定砷。

（二）地質(zhì)實驗室中常用的化學分析技術

1.絡合滴定法

按Lewis酸堿理論，在溶液中，作為Lewis堿的絡合劑提供電子對，金屬離子作為Lewis酸接受電子對，二者鍵和形成配合物，以各級穩(wěn)定常數(shù)（有時為一級）為數(shù)學指標，利用一種能與金屬離子生成有色絡合物的顯色劑來指示滴定過程中金屬離子濃度的變化，接近化學計量點時，與指示劑絡合的金屬離子被絡合劑奪出，釋放出指示劑，從而引起溶液的顏色變化，從而完成金屬離子的標定。絡合滴定法的測量范圍一般為0.1mol-0.001mol，需要注意的是，即使是最好的絡合滴定依然有很多干擾，滴定時需要掩蔽、還原等方法去處干擾。

在地質(zhì)實驗室中，常用到的絡合滴定為EDTA法測定鉛鋅，其法如下：

試樣經(jīng)鹽酸、硝酸溶解后，加硫酸加熱至冒濃白煙，在稀硫酸介質(zhì)中，使鉛成K2SO4、PbSO4復鹽沉淀與大部分干擾元素分離，過濾出復鹽PbSO4，沉淀用乙酸-乙酸鈉緩沖溶液溶解后，在pH=5.6～6時，以二甲酚橙為指示劑，用Na2EDTA滴定，所得結(jié)果為鉛。然后向濾液中加入過量氫氧化鈉溶液，在pH>12強堿介質(zhì)中，使濾液中的鐵、錳、鎳等離子生成沉淀，而鋁、鋅則以偏鋁酸鹽和偏鋅酸鹽存在于溶液中，從而使鋁、鋅與鐵、錳、鎳等離子分離。將濾液調(diào)至微酸性后加入Ph5.5～6.0乙酸-乙酸鈉緩沖溶液，加入相應的掩蔽劑，以二甲酚橙為指示劑，用EDTA絡合滴定法測定鋅。本方法可同時連續(xù)測定鉛、鋅試樣中的鉛、鋅，適用于含鉛鋅1%以上的試樣測定，測定結(jié)果的相對標準偏差1.2%～2.5%之間。

2.氧化還原滴定法

利用反應前后的電勢差達到氧化還原平衡，指示劑通常有自身指示劑（有標準溶液或被滴物質(zhì)本身有顏色，反應后變?yōu)闊o色或淺色，滴定時不需另加指示劑）如高錳酸鉀、顯色指示劑（質(zhì)本身不具有氧化還原性，但能與氧化劑或還原劑產(chǎn)生特殊顏色，因而可指示滴定終點）如淀粉。

重鉻酸鉀容量法作為一種成熟的氧化還原測試技術，廣泛應用在地質(zhì)樣品的分析中。以全鐵分析為例：稱取樣品加少許氟化物、水，加鹽酸置于低溫區(qū)加熱，使含礦沉淀充分溶解，加硝酸繼續(xù)熱至樣品反應柔和，加濃H2SO4，熱至冒白煙轉(zhuǎn)移至高溫熱至近干，加（1+1）鹽酸溶解，加熱，用SnCl2溶液還原至淺黃色（若滴至無色則用0.2%高錳酸鉀溶液滴至淺黃色出現(xiàn)），調(diào)整體積后，加Na2WO4試液，再用TiCl3滴至藍色鎢藍出現(xiàn)，加硫酸磷酸混合酸，5滴二苯胺磺酸鈉溶液指示劑，用K2Cr2O7標準液滴至紫色終點，計算全鐵品位。

3.沉淀滴定法

沉淀滴定是基于沉淀反應的滴定方法，其沉淀物組成恒定，溶解度小，不易形成過飽和溶液和共沉淀，達到平衡時間短且需要有合適的指示劑，因而尋找適當?shù)某恋淼味ńK點指示劑，是沉淀滴定法的關鍵。根據(jù)所用指示劑的不同，沉淀滴定法按創(chuàng)立者名字命名分為莫爾法（以鉻酸鉀做指示劑，以AgNO3為標準溶液的銀量法，適于中性和弱堿性溶液）、佛爾哈德法（用鐵銨礬[NH4Fe （SO4）2]做指示劑的銀量法）、法揚司法（以吸附指示劑指示滴定終點的銀量法）。

由于條件限制，能應用于沉淀滴定法的反應比較少。沉淀滴定法在地質(zhì)實驗室中用于檢測含量在1%以上的鹵素化合物和硫氰化物，其中應該最多的是上述的銀鹽法。

4.重量分析法

重量分析一般是將被測組分從試樣中分離，轉(zhuǎn)化為一定的稱量形式后進行稱量。該法要求沉淀完全，一般用沉淀溶解度衡量。通常要求被測組分在溶液中的殘留量在0.1mg以內(nèi)。分離方法一般有沉淀法、氣化法、電解法，其中運用最多的是沉淀后稱量法。需要指出的是，重量分析法誤差的主要來源是沉淀的溶解損失。

重量分析由于測定步驟較繁瑣，耗時多，一般只有少數(shù)幾個元素如硅、硫、磷、鎳、鉀的精確測量采用重量分析法，地質(zhì)實驗室中，重量分析法還用于貴金屬金、銀的精確分析。

重量分析測試金銀，首先要提到的是火試金富離貴金屬法?；鹪嚱鸱ǜ患V石中的貴金屬作為較為古典的方法，因其準確度和適用礦種多尤其是能從大量的試樣中富集微量的貴金屬的優(yōu)點，廣泛運用在地質(zhì)實驗室中。火試金法是利用金、銀、鉑、鈀等貴金屬在高溫熔融下能與熔鉛形成合金，而與試樣中的其它成分分離。鉛在高溫條件下易被氧化成氧化鉛，且滲透于多孔的骨灰皿或鎂砂灰皿中，但貴金屬不具備這些特性，這樣便可以使鉛與貴金屬分離，得到貴金屬合粒。重量分析測定金、銀，是將試樣經(jīng)火試金富集所得的金銀合粒進行稱量，利用金不溶于稀硝酸，而銀則完全溶解的性質(zhì)，進行分金，所得金粒質(zhì)量，計算金的含量，前后兩次質(zhì)量只差，即為銀量。

二、地質(zhì)實驗室中樣品的管理

隨著地質(zhì)勘察研究方面的工作不斷深入，地質(zhì)勘察樣品數(shù)量與種類都在增多，樣品保存工作也顯得非常重要，這種情況下我們應該選擇正確方式來保存樣品，以便日后便于研究和分析使用。在當前分析技術快速發(fā)展與進步的前提下，我們還要充分重視樣品保存上的管理，從整體上提升地質(zhì)樣品分析的整體工作水平。

（一）樣品的加工與流轉(zhuǎn)

1.樣品的制備

分析試樣的制備一般可分為三個階段：即粗碎、中碎和細碎。每個階段又包括破碎、過篩、混勻和縮分四道工序。實驗室可根據(jù)用戶送來的樣品粒度、樣品的質(zhì)量大小及自身破碎設備的具體情況，確定分析試樣制備的階段和工序。

2.樣品制備的質(zhì)量檢查

粗碎階段樣品損耗率低于3%，中碎階段樣品損耗率低于5%，細碎階段樣品損耗率低于7%。試樣縮分時，每次縮分后兩部分試樣之質(zhì)量差不得大于縮分前試樣質(zhì)量的3%。樣品的過篩率要達到95%。

3.樣品的流轉(zhuǎn)和留存

制備好的副樣保存至送樣委托書約定的期限，正樣送分析組并由分析組簽收。正副樣的管理需根據(jù)地質(zhì)要求和實驗室樣品管理規(guī)范制定專門的倉庫和管理制度。生產(chǎn)樣的分析樣（正樣），待檢測結(jié)果報出，組合分析、內(nèi)檢工作進行完畢，確認質(zhì)量合格，于下月進行處理，原則上不長期保留。地質(zhì)探礦分析樣（正樣），待檢測結(jié)果報出，組合分析、內(nèi)檢工作進行完畢，由地質(zhì)部門通知處理，決定是否保留。樣品制備至中碎縮分后，視探礦孔類別留置副樣，礦山生產(chǎn)探礦孔原則上不留副樣，地質(zhì)探礦孔保留副樣。不參加地質(zhì)報告編制的零星地質(zhì)探礦孔，其副樣待檢測工作結(jié)束，通知礦山或地質(zhì)部門回收，實驗室原則上不予保留。地質(zhì)報告編制利用鉆孔的副樣，保存到報告終審通過，上報資料正式歸檔，由地質(zhì)人員根據(jù)其巖心管理規(guī)定提出專門報告，由地質(zhì)主管部門批準后處理。保留副樣均由制樣組登記，按年份認真保留，對易變質(zhì)樣品應采取盡量保護，對變質(zhì)樣品要及時報告地質(zhì)人員處理。

（二）地質(zhì)樣品貯存的幾個要點

貯存地質(zhì)樣品要根據(jù)不同樣品的特性進行保存，盛放樣品的器具一定要保持衛(wèi)生和干燥，容器優(yōu)先選擇硬度較高的玻璃器具，存放地質(zhì)樣品的倉庫要保持通風良好，溫度要保持適中，對于那些容易氧化、容易吸收水分的地質(zhì)樣品，應將其放置到具有磨塞壁的器具中存儲，以保證其密閉性；對土壤中的有機氯樣品進行分析，在分析之前，應將其存儲在-16℃的冷凍箱中。

三、結(jié)語

地質(zhì)勘查發(fā)展到了今天，地質(zhì)分析技術取得了飛速的提升，隨著地質(zhì)樣品的不斷豐富，整個領域中分析技術的重要性也得到了確定。地學領域?qū)Φ刭|(zhì)分析技術的不斷重視，也為專業(yè)人才水平提出了非常高的要求，只有在實際工作中將傳統(tǒng)分析技術、方法和新技術、新文化結(jié)合起來，同時加強和創(chuàng)新地質(zhì)實驗室樣品管理，才能提升地質(zhì)實驗室服務水平，加快分析理論創(chuàng)新及發(fā)展。

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