馬成有 來雅文 陸繼龍

摘要：從專業(yè)意義、目標(biāo)、特點出發(fā)，探討了勘查技術(shù)與工程專業(yè)（地質(zhì)分析方向）實驗教學(xué)的重要性?；谘芯繉ο蟮拇_定、樣品采集、預(yù)處理及樣品加工分析等一系列過程研究，預(yù)測實驗關(guān)鍵環(huán)節(jié)、質(zhì)量控制方法及未來專業(yè)的發(fā)展趨勢，提出實驗教學(xué)平臺軟件、硬件都要同步發(fā)展。

關(guān)鍵詞：地質(zhì)分析 實驗教學(xué) 優(yōu)化設(shè)計

中圖分類號：P621 ?文獻標(biāo)識碼：A ?文章編號：1009—5349（2019）18—0036—02

勘查技術(shù)與工程專業(yè)，研究人類賴以生存的自然資源和自然環(huán)境，涉及社會經(jīng)濟建設(shè)的方方面面，某些國家已經(jīng)將勘查技術(shù)與工程專業(yè)提升到關(guān)系國家安全和可持續(xù)發(fā)展的重要戰(zhàn)略地位。

一、意義、目標(biāo)、特點

作為勘查技術(shù)與工程專業(yè)的一個主要研究方向——地質(zhì)分析，其重要性不言而喻。地質(zhì)分析源于巖礦分析，作為現(xiàn)代地學(xué)的重要組成部分，是地球化學(xué)、巖石學(xué)、礦物學(xué)和環(huán)境與生態(tài)學(xué)強有力的技術(shù)支撐。地質(zhì)分析不同于傳統(tǒng)意義上的化學(xué)分析。首先，研究對象特殊。地球時空范圍內(nèi)的各種形式的樣品，如氣體（空氣、工業(yè)廢氣等）、液體（地表水、地下水、工業(yè)廢水、垃圾滲濾液）、固體（巖石、礦物、礦石、生物體）、古生物化石等，都是地質(zhì)分析的對象，樣品種類繁多。其次，樣品成分復(fù)雜。地質(zhì)分析所采集的樣品是天然樣品，種類繁多，各樣品所具有的物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)是千差萬別的，化學(xué)成分相當(dāng)復(fù)雜。同一元素在不同性質(zhì)的樣品中，賦存狀態(tài)不同，含量差別也大。再次，分析方法具多樣性，尤其是新技術(shù)、新儀器不斷被開發(fā)、利用，能達到理想的實驗?zāi)康摹Ｗ詈?，對分析結(jié)果也有更高要求。地質(zhì)樣品中的元素含量很低，一般在10—6μg/g以下，更有微量元素達到10—12μg/g以下或更低。嚴(yán)格控制實驗過程中的每個環(huán)節(jié)，按原則、規(guī)則操作，并且不只是對含量、檢出限有更高的要求，地質(zhì)分析還要研究地質(zhì)樣品元素的形態(tài)、價態(tài)、同位素，等等。為了達成目標(biāo)，針對不同類型的地質(zhì)樣品，甚至是不同地區(qū)的同類地質(zhì)樣品，都應(yīng)有針對性地設(shè)計實驗設(shè)計方案，確保分析結(jié)果的準(zhǔn)確。

二、優(yōu)化設(shè)計具體內(nèi)容

1.確定研究對象

以研究微量元素形態(tài)、含量，營養(yǎng)元素形態(tài)、含量，持久性有機污染物含量為目標(biāo)，設(shè)計勘查技術(shù)與工程專業(yè)（地質(zhì)分析方向）的實驗教學(xué)內(nèi)容，具體如：巖石、礦物、土壤、水系沉積物中微量元素的形態(tài)、含量分析，河流底泥微量元素及營重金屬元素形態(tài)、含量分析，河流、湖泊等水體中微量元素及有機污染物成分含量分析，氣體成分分析，如土壤汞氣測量、大氣中污染物的測量。隨著科研水平的提高，研究范圍也隨之?dāng)U大，研究對象變得更為復(fù)雜，如南極冰芯、深海沉積物，甚至是外太空如月球上的巖石、土壤等極端環(huán)境下的固、液、氣和微生物、生物等樣品，都是其研究的對象。

2.樣品采集及預(yù)處理

樣品采集是地質(zhì)分析工作獲取一手資料的最重要的一步，是基礎(chǔ)。樣品采集前應(yīng)對樣品所在的研究區(qū)進行踏勘，了解研究區(qū)域的地質(zhì)概況、自然地理交通、環(huán)境生態(tài)，為采集做好準(zhǔn)備工作。根據(jù)目的要求，并結(jié)合實際情況，事先確定好采樣點布局，做到心中有數(shù)。根據(jù)采集的具體物質(zhì)，綜合考慮采集方案，標(biāo)注注意事項。例如，水樣的采集：采樣器要清潔無污染，使用前最好用HCl清洗，采樣瓶為無色聚乙烯塑料瓶，要保證清潔，使用前用待采水樣清洗三次。進行陽離子分析的水樣，需要酸化，保證陽離子不沉淀，不被瓶壁吸附，用鹽酸或是硝酸要視分析元素而定;進行陰離子分析的水樣直接裝瓶，回實驗室立即分析。

3.地質(zhì)樣品元素形態(tài)分析

元素形態(tài)決定了其在生命和環(huán)境過程中表現(xiàn)出不同的行為;不同的元素形態(tài)由于具有不同的物理化學(xué)性質(zhì)和生物活性，在生命和環(huán)境中發(fā)揮著不同的作用。元素總量的相關(guān)信息已經(jīng)不能滿足科學(xué)研究的需要。

例如：對土壤中微量元素的形態(tài)一般采用A.Tessier等人提出的理論，分為可交換態(tài)、鐵錳氧化物態(tài)、碳酸鹽結(jié)合態(tài)、有機結(jié)合態(tài)和殘渣態(tài)五個形態(tài)。各形態(tài)分離采取的是五步連續(xù)提取法，對各形態(tài)提取液處理、定容后，采用原子吸收光譜儀定量測定。

土壤中營養(yǎng)元素主要有碳、氮、磷。土壤中的碳主要分為有機碳與無機碳。測定土壤中的有機碳，可用過量的重鉻酸鉀—硫酸溶液與土壤中的有機碳發(fā)生氧化還原反應(yīng)，再用標(biāo)準(zhǔn)還原劑（硫酸亞鐵）滴定剩余的重鉻酸鉀，從而可得有機碳含量。當(dāng)然還有其他方法，如灼燒法等。土壤中無機碳的測定方法很多，總結(jié)起來主要有滴定法、EDTA滴定法、電感耦合等離子體發(fā)射光譜法等。土壤中總氮的測定方法，可用凱氏定氮法，也可采用有總氮模塊的總碳分析儀測定。土壤中有機氮的測定采用元素分析儀測定，在催化劑的條件下，將有機態(tài)氮燃燒為元素氮和氮的氧化物，再在含有元素銅的還原柱中將氮氧化合物還原為氮氣，由熱導(dǎo)檢測器檢測。土壤中無機氮的測定可用一定濃度的氯化鉀浸取液提取出銨態(tài)氮、硝態(tài)態(tài)、亞硝態(tài)氮，然后用分光光度法測定。土壤中磷的形態(tài)主要分為可交換態(tài)磷，鈣結(jié)合磷，鐵結(jié)合磷，鐵、鋁結(jié)合磷，閉蓄態(tài)磷，殘渣態(tài)磷六個形態(tài)，采用強度不同的浸取劑對各形態(tài)連續(xù)提取的分離方法，形態(tài)定量分析采用磷鉬藍(lán)分光光度法。

當(dāng)然還有水體，植物、動物等生物樣品中微量元素和營養(yǎng)元素的形態(tài)分析。不論何種樣品，形態(tài)分析中最關(guān)鍵的是采樣及樣品制備，在采樣及制備過程中要保證形態(tài)不發(fā)生變化，要避免過程中出現(xiàn)交叉污染?？傊槍Σ煌臉悠?，根據(jù)分析目的的不同，選擇合適的處理方法，原則就是不損失、不破壞、不干擾待分析成分。

三、質(zhì)量控制

分析結(jié)果有效性的保證體現(xiàn)在兩個方面：一個是精密度，另一個就是準(zhǔn)確度。精密度要靠平行樣來體現(xiàn)，三個以上平行樣的分析結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)偏差較小，滿足一定的要求，就可以說精密度較好，這是保證分析結(jié)果的必要條件。準(zhǔn)確度要靠國家標(biāo)樣來檢查，同樣條件下處理待測樣品和標(biāo)準(zhǔn)樣品，對標(biāo)準(zhǔn)樣品的測定值和真值做t檢驗，在一定置信度條件下，如果t計算>t表，則認(rèn)為分析結(jié)果的準(zhǔn)確度是有保證的，如果t計算

四、數(shù)據(jù)分析處理

數(shù)據(jù)分析處理是重要一個環(huán)節(jié)。目前關(guān)于數(shù)據(jù)分析處理的軟件、數(shù)學(xué)方法都很多，最常見的有Excel。Excel看似簡單，實則功能強大，用好Excel，可以解決我們常見的數(shù)據(jù)處理問題。還有一些專業(yè)的數(shù)據(jù)處理軟件，如SPSS、SAS、Origin等。另外還有最小二乘法、因子分析;神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法等數(shù)學(xué)模型也可用于數(shù)據(jù)分析處理。

五、未來發(fā)展方向

同位素比和年代學(xué)測定，更是地質(zhì)分析現(xiàn)今的研究熱點。微區(qū)原位分析和元素微區(qū)分布特征、自動化、多元素同時測定都已成為地質(zhì)分析重要的研究內(nèi)容，無污染的“綠色分析技術(shù)”將成為未來地質(zhì)分析發(fā)展的方向。

加強地質(zhì)分析實驗教學(xué)平臺的硬件條件建設(shè)，發(fā)揮專業(yè)培養(yǎng)作用和展示專業(yè)特色及魅力。因此，設(shè)計與優(yōu)化好勘查技術(shù)與工程（地質(zhì)分析）專業(yè)實驗教學(xué)的具體內(nèi)容是必需的、必要的，二者要協(xié)調(diào)統(tǒng)一，同步發(fā)展。

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責(zé)任編輯：孫瑤