羅 丹

一般情況下，地質礦物是由單礦物和多礦物組成的。在地質作用下，組合成了多樣性的地質礦產。其中，巖石是地球元素的形成基礎，有固態(tài)與液態(tài)兩種成礦模式。海面下的巖石多由多種礦物組成，或者是生物化石，具有相應結構。地質礦物產出的巖石分為火成巖、沉積巖和變質巖。通過巖漿巖的熔融作用形成冷卻產物即為火成巖；通過海水作用將礦物富集，形成沉積巖；巖體物質構造成分在溫度、壓力等變化下發(fā)生變質，進而形成新巖石即為變質巖。地質礦物中有Ti、Al、Fe、Mn、Ca、Na、K、Cr等金屬元素；還存在Si、P、S等化合物。根據(jù)不同的研究目的和要求，金屬元素的分析測試技術也相應不同。因此，本文對地質礦物中所含金屬元素分析測試技術進展進行探討，論述各種技術的分析水平和特點，為地質礦物的勘查提供研究方向。

1 地質礦物概述

地質礦物作為一種混合物其是有很多種元素所共同組成，而且很多種地質礦物都是在地殼范圍當中活動的，通過分析研究地質礦物形成過程，不同地質活動因素以及不同作用類型，導致地質，礦物有著非常多的種類，而且地質礦物當中化學元素也表現(xiàn)出很大的差異性，通過不斷研究與總結，當前地質礦物種類已經(jīng)達到三千多種以上，然而目前可以接觸于認識的地質礦物僅僅有幾百種，如我們比較常見的碳酸鹽礦物、石英礦物以及赤鐵礦礦物等。而對于地質礦物所含金屬元素進行測定，這是一個十分復雜的過程，而且地質礦物所含金屬元素分析測定工作能否順利開展，對于地質礦物勘探工作的開展也有著至關重要的影響。所以在對地質礦物所含金屬元素進行測定過程當中，必須要結合所測定的地質礦物樣品，來科學合理的選擇相應的測定方案，并在測定方案當中盡可能的羅列出各方面內容，然后根據(jù)具體步驟科學合理的實施測試分析工作，如此一來，才能保證地質礦物所含金屬元素測定的精準性，進而對地質礦物中的有關指標數(shù)據(jù)準確判斷，推動地質礦物所含金屬元素測定工作的高效開展，這對于更加高效的開發(fā)利用地質礦物資源，保證地質礦物資源的回收利用意義重大。另外，還應當對地質礦物當中所含金屬元素分析測試細節(jié)問題加強研究，避免地質礦物測試過程當中出現(xiàn)遺漏，準確獲取測試數(shù)據(jù)，為相關工作開展提供詳實的數(shù)據(jù)參考，這樣才能保證更加高效開發(fā)地質礦資源，實現(xiàn)地質礦物最大的經(jīng)濟價值。

2 地質礦物分析工作存在的意義

針對地質礦物展開分析研究工作，對于地質礦產資源的開發(fā)和利用發(fā)揮的作用非常重要。首先，開展地質礦物分析工作可以有效促進地質研究工作的順利實施，保證地質研究工作效率極其成果，為開發(fā)利用地質礦產資源奠定良好的基礎。而且地質礦物分析工作的有效開展，對于很多地質災害的防范也發(fā)揮著十分重要的作用，所以應當對地質礦物分析工作給予充分重視，這樣才能不斷提高地質勘察效率，獲得豐富的數(shù)據(jù)參考，進而采取有效的措施，科學防治各種地質災害，避免地質災害進一步擴大化造成更大的危害，減少經(jīng)濟損失與人員傷亡。為加強地質礦物分析工作，還能使工作人員及時了解掌握地質狀況以及地球環(huán)境。另外，加強地質礦物分析工作，還能利用科學有效的測試方法，高效獲取地質礦物當中所含金屬物質，并掌握地質礦物自身價值。因此，加強地質礦物分析工作，對今后開采地質礦物發(fā)揮著非常巨大的促進作用，綜合以上各個方面分析，更應當對地質礦物金屬元素分析測試技術給予充分重視，通過科學有效的分析測試技術，準確獲取地質礦物所含金屬元素，為相關工作提供有效參考。

3 地質礦物的分類

地質礦物具有較為穩(wěn)定的化學單質，與固定的化學結構，是巖石的構成前提。目前狀態(tài)下，地質礦物類型已有3000種左右，本文按照礦物成分不同，將地質礦物分為5種：其一，由一種化學元素組成，以金屬、非金屬，以及半金屬等為主的元素，例如Au、Pb、Pt、Cu、S、C等，屬于自然元素礦物，約有90種左右。其二，以硫化物為主，富集Mo、Pb、Zn、Cu、Mn等有色金屬，一般為黃鐵礦、黃銅礦、輝銻礦等。其三，受到地質條件的影響，生成的鹽類礦物，包括石鹽等。其四，以氫氧化物和氧化物為主，包括石英礦等，是Al、Fe、Mn、Ti、Sn、Au等礦石的主要來源，極具經(jīng)濟價值。其五，含氧酸根的化合物，包括SiO3、HCO3、HSO4、H3PO4、Na2B4O5（OH）4、FeWO4、MnWO4等。本文將化學元素、地質礦物與巖石的關系用簡圖表示，如下圖1所示。

圖1 化學元素、地質礦物與巖石的關系簡圖

如圖1所示，地質礦物與化學元素、巖石的關系密切，地質礦物金屬元素如下表1所示。

表1 地質礦物金屬元素表

如表1所示，地質礦物成分分為單質、SiO3、HCO3、HSO4、H3PO4、Na2B4O5（OH）4、FeWO4、MnWO4等，所含金屬元素各不相同，采用的分析測試技術也相應不同，為了滿足各種金屬元素的分析要求，本文對分析測試技術的發(fā)展進行研究。

4 地質礦物中分離不同金屬元素

迄今為止，沒有同一種樣品前處理方法能完全適合不同的樣本或不同的被測對象。即使同一種被測物，所處的樣本與條件不同，可能要處理的前處理方法也不同。所以對于不同樣品中的分析對象要進行具體分析，確定最佳方案。

在具體測試過程中發(fā)現(xiàn)，堿溶ICP-MS法能夠基于金屬元素的特殊性，適用含有多個種類金屬元素礦物樣品的詳細分析。在測定中確保數(shù)據(jù)分析質量的準確性，保障化學分析科學有效。

具體操作方法為：①在化學分析條件之下，選擇地質礦物樣品配置成為1.0mg/L的標準液，用于化學分析檢測；②在標準液制作之后，需要對介質進行逐級稀釋。在堿溶ICP-MS法中，所用的稀釋介質主要是2%硝酸，逐步將其稀釋為0.1mg/L、0.01mg/L和0.001mg/L；③精準稱取0.1g樣品，并加入1.0g過氧化鈉，使其得到充分混合；④在700℃的高溫條件之下，對所檢測樣品進行高溫加熱，并在熔融之后，用熱水提取徹底。提取后再根據(jù)樣品特點進行分離、富集等手段最終得到澄清溶液，經(jīng)儀器分析可測得地質礦物中不同金屬元素含量。

5 金屬元素分析測試技術研究進展

5.1 電子探針分析測試技術

電子探針技術是最早用來分析測試金屬元素的技術，因此僅針對固體樣品，其原理為：利用高能電子束激發(fā)礦物，得出各個元素的特征X射線，通過波長分析金屬元素種類，測試X射線強度，得出金屬元素的含量多少。此測試技術具有高空間分辨率、幾乎無損性，以及基體效應小等特點。一般情況下，探針技術的分析光束在10μm～100μm范圍內，分析效果較差，不能適用于金屬元素的分析。而電子探針技術可以將光束利用電子的形式表現(xiàn)出來，電子束的束斑在1μm左右，相較于探針技術的分辨率高了1個～2個數(shù)量級，針對地質礦物的特殊性，不易造成其損失，因此其幾乎無損性受到勘查人員的追捧。通過電子探針技術可以獲得礦物中的圖像，使其更適應微小的金屬探測。在金屬元素測試分析的過程中，為了更加清晰地得到礦物圖像，往往需要溶解一部分礦物外表，但是礦物難以溶解，溶解時間過長或過短均不能得到良好的溶解效果，必要時，會使用高溫高壓或堿熔的方式溶解礦物，致使測試結果過低。

5.2 電感耦合等離子體發(fā)射光譜分析測試技術

由于電子探針技術使用中存在一定局限性，使得礦物金屬元素成像效果不清晰，測試結果也相對較低，因此，電感耦合等離子體發(fā)射光譜測試技術得到相應的研發(fā)。其以電感耦合等離子體為光源，在不同的狀態(tài)下，發(fā)射不同的電感波長，通過反饋的光波強弱，對金屬元素進行定性、定量分析。電感耦合等離子發(fā)射光譜儀測試地質礦物樣品時，通常對同一待測元素選擇2～4條譜線作為分析對象。一般儀器會推薦選擇元素的最靈敏線，但在實際分析中由于某些譜線的靈敏度很大，會造成強度的飽和，試驗測試工作人員根據(jù)經(jīng)驗選擇元素的次靈敏線等。

5.3 多接收電感耦合等離子體質譜分析測試技術

在電感耦合等離子體發(fā)射光譜分析測試技術的基礎上，將其改進為多接收電感耦合等離子體質譜分析測試技術。將其配置多個高靈敏度的檢測器，能夠同時接收多個金屬元素的信號，可以適用于高精度的測試。并且，提高該方法的抗干擾性，使其在微米尺度下進行微區(qū)原位分析，加強空間分辨率。此外，多接收電感耦合等離子體質譜分析測試技術中，可以通過分析鹵化程度，得到較高的測試精度，如下圖2所示。

圖2 鹵化程度與金屬元素分析的線性關系

如圖2所示，硅酸鹽類地質礦物中金屬元素的分析測試中，利用激光獲取礦物中的地球化學信息，通過斑束剝蝕方式，對試驗地質礦物進行剝蝕，即可獲得礦物中金屬元素的富集與遷移程度，可判定金屬元素含量不同。

5.4 原子吸收光譜法分析測試技術

原子吸收光譜分析測定技術是分析氫氧化礦物金屬元素的重要研究進展。在氫氧化礦物中，Se、As、Sn、Sb、Te、Bi等元素，因此，會與強氧化劑發(fā)生反應，生成氣態(tài)的氫化物。將氫化物通過原子化器進行原子化，測試原子吸光度，即可對礦物中的金屬元素進行定量分析。在此項技術中，具有抗干擾性強，測試速度快，穩(wěn)定分析等優(yōu)點。針對某些復雜礦物樣品進行分析，原子光譜吸收法測定礦物樣品中難熔金屬元素靈敏度效果欠佳，測定過程中往往會出現(xiàn)一些變化因素，如Se元素的離子化程度較低，會加大原子轉換的負擔，吸光度也會相應受到影響。

5.5 X射線熒光光譜分析測試技術

X射線熒光光譜分析測試技術是近年來使用率較高的技術，其根據(jù)基態(tài)原子，吸收特定頻率下的輻射，再以光輻射的形式發(fā)出熒光特征，測試熒光強度，即可得到元素相對含量，此技術適用范圍較廣，是在電子探針技術基礎之上改進的，可以實現(xiàn)自動化分析，可同時分析元素周期表中由鈉（Na）到鈾（U）之間的全部元素；可檢測固體、粉末，不需要復雜的制樣過程，分析測量動態(tài)范圍寬，在礦物勘查過程中，得到第一手資料，使勘查過程更加便捷，在野外現(xiàn)場分析中發(fā)揮著至關重要的作用。

6 地質礦物分析測試技術應用過程當中的一些注意事項

6.1 對地質礦物樣品展開全面分析

應用地質礦物分析測試技術在對地質礦物樣品所含金屬元素分析測試過程當中，首先，必須要派遣高素質的專業(yè)測試工作人員，將地質礦物樣品送到檢測試驗室當中，在對礦物樣品當中的重量、種類及相關因素準確確認，而且在這之后應當予以詳細記錄，地質礦物樣品確定過程當中，首先應當對地質礦物樣品科學分解，然后再開展相應的測試工作，具體測試工作當中首先應當對地質樣品展開全面的分析研究，這樣才能在地質礦物樣品分析測試時，選擇更加科學有效的測試技術，提高分析測試整體效果，詳細了解和掌握地質礦物樣品當中所含的金屬元素。

6.2 科學合理的選擇相應的分析測試方法

為了更加準確的對地質礦物所含金屬元素進行分析測試，首先必須要全面的確定礦石當中內部元素具有的種類，然后對地質礦物所含金屬元素分析測試方法進行選擇，具體測量工作當中，工作人員還應當對以下注意事項給予充分重視：首先，應當針對地質礦物所含金屬元素具體含量及測試含量開展對比分析研究工作，倘若礦物內部所含的金屬元素含量較小，便可應用化學分析測試技術以及相關的儀器分析方法，來對地質礦物當中所含金屬元素進行分析測試。其次，在對地質礦物所含金屬元素含量進行測試過程當中，工作人員應當充分認識到一種地質礦物當中常常含有多種金屬元素，在對這一點充分明確之后，在選擇科學合理的地質礦物所含金屬元素分析測試技術展開測試工作。這樣才能有效提高測試效率，獲得更加精準全面的數(shù)據(jù)參考。

6.3 結合具體鑒定結果對科學合理的測試方案進行選擇

工作人員通過實際鑒定地質礦物，結合地質礦物內部具有的金屬元素，保證鑒定方案選擇的合理性，在具體操作實際，工作人員還應當對于各種金屬元素測試分離方法有效協(xié)調與配合，而這些都給工作人員進行地質礦物檢測提出了更高的要求，要求工作人員理論知識必須要扎實，而且在地質礦物所含金屬元素分析測試過程當中，還應當具備豐富的實際操作經(jīng)驗，具體進行操作鑒定時，工作人員還可以結合地質礦物具體實際，進行全面綜合的分析對比，確保所選金屬元素分析測試技術方案的合理性。選擇的地質礦物樣品被分解之后，還應當保證能夠抽取內部的溶液，并按照相關操作要求展開分組測定，通常情況下，需要運用現(xiàn)代先進的分析測試儀器才能取得更好的測試效果。

6.4 審查分析地質礦物所含金屬元素測試結果

具體在對地質礦物所含金屬元素測定工作開展過程當中，必須要保證地質礦物所含金屬元素測試技術方案的合理性，同時按照操作流程規(guī)范性的分析測試地質礦物樣品當中所含金屬元素含量，當獲取所含金屬元素鑒定分析結果之后，工作人員還應當在相關標準流程下對有關數(shù)據(jù)展開詳細審查，確定獲取的測試結果是否準確，并在審查過程當中，較短時間內探尋出各個環(huán)節(jié)是否有問題存在，并針對這些問題，采取切實有效的方案進行解決，而且利用科學有效的審查分析，確保地質礦物所含金屬元素確保地質礦物所含金屬元素。特別是當前伴隨經(jīng)濟社會高速發(fā)展，對地質資源的需求量快速增長，為了保證地質資源更加高效的開發(fā)和利用，應當對地質礦物當中所含金屬元素展開詳細的分析與測試，進而有效提高分析測試效果，了解和掌握地質礦物組含金屬元素的實際含量，進而為我國的地質礦物研究工作做出更大貢獻，確保更加高效開發(fā)利用地質礦物資源，進而為社會各個方面提供充足的能源供應。

7 結語

近年來，地質礦物金屬元素分析測試技術取得了重大的進展，然而在地質作用頻繁的條件下，金屬元素的賦存狀態(tài)隨時會發(fā)生變化，尚有很多技術領域值得研究。除了本文探討的關于地質礦物所含金屬元素分析測試技術研究進展的分析外，金屬元素的定性定量分析水平仍需要不斷加強，也是對測試研究人員的巨大挑戰(zhàn)。