地质实验测试中金属元素异常信息提取及应用

中国现代地质工作始于20世纪初，距至今已有一百多年的历史了。广义的地质工作，包括了地质理论研究、地质调查（包括地质勘查）、地质实验测试等有关地质科学理论研究和应用研究及开发的全部思维和实践活动，是从理论研究到实际应用的全过程。理论研究是逻辑思维和论证的过程，包括各种资料的综合、逻辑演绎及论证。地质调查包括地质构造调查、地质矿产调查、地质生态环境调查等。地质实验测试包括地质调查样品的鉴定、分析、选冶加工试验以及有关的方法研究和应用研究。我国地质工作和地质科学的发展水平，总体上已跨入国际先进行列。迄今已经发现的矿种有170个大类，几乎世界上所有矿产在我国都有发现；已经探明的具有工业储量的矿种多达156个，已发现的矿点和矿床20多万处，已建成初具规模的国有矿山8000多座，已在全国形成了300多个以矿业开发为支柱产业的新型城市，这些辉煌成就与中国地质科学和地质实验测试技术的进步和发展密切相关。

地质实验测试技术是促进地质工作和地质科学发展的重要技术支撑，是人们认识地球的“显微镜”，被誉为地质找矿的“眼睛”，很多地质矿产资源的普查、勘查、开发、评价都离不开地质实验测试取得的数据支撑，而这些数据的取得则是在实验室内对地质调查获得的代表性样品进行系统的理化性能测量，需要运用物理和化学等手段，具有非常强的专业性。然而在实际工作中，地质实验测试的复杂性远超过我们的想象，现代的地质实验测试主要以仪器为主，如电感耦合等离子体质谱仪、原子吸收分光光度计、紫外可见分光光度计等，既有无机分析，又有有机分析，既有化学成分分析，又有物质结构分析、元素价态和形态分析，既有主量元素分析、更有微量和痕量元素分析。其中各种因素的相互影响制约着我们的化验分析，影响着分析测试的真实结果。本文结合我们常用到的分析方法理论和实际分析中的异常现象及处理的工作经验，主要对我们日常分析中金属元素异常信息进行梳理，避免我们在地质实验测试的道路中出现错误的分析结果，也为我们地质新人提供一个捷径，更快地掌握一些常规的地质实验。最重要的是有一些金属元素异常被我们发现并通过解决问题后，还能发现一些潜在的伴生的矿产资源，为矿产资源的综合利用和开发提供丰富的资料，更是避免了资源的浪费。

1 地质样品中金元素含量异常

金是一个贵金属元素，在地质找矿中颇受欢迎，然而在我们地质实验测试中却并不简单，在分析的过程中，有很多伴生元素，影响比较大的有锑、钨、钼等。

（1）在用容量法滴定常量金时，大量的锑存在时，会使金含量发生异常，三价锑导致分析结果偏低。究其原因，三价锑会和三价金发生氧化还原反应，使三价金还原到零价，滴定时氢醌消耗较少。而五价锑会使结果偏高，原因是五价锑和三价金都被氢醌还原，使氢醌的用量增加，进而导致金含量偏高，因此锑的存在对金的分析结果影响较大。我们在实验分析测试时常通过加盐酸、氢溴酸、硫酸或者样品通过高温炉焙烧处理样品除锑，都取得较好的效果。那么从另一个层面上讲，倘若我们实验室在地质实验测试中发现样品中有锑存在，并对锑的结果进行了定量测定，并将此数据提供给委托方，相信也是一个非常大的贡献。

在传统数学教学中，教师只是专注于教材知识的讲解，常常忽略了学生的主体性地位，与学生之间互动较少，导致课堂气氛枯燥、无聊，无法提起学生的学习兴趣。对此，教师应提高课堂趣味性，让学生对数学产生兴趣。练习本身就不可避免地带有枯燥、单调的特质，而数学习题由于充斥着大量的符号和数字，就显得尤为枯燥。小学生的认知能力和注意力有限，他们对过于单调重复的习题容易丧失兴趣和注意力。因此，教师在设计习题内容时，还需考虑习题的趣味性，增设趣味性习题以调动学生的积极性。例如，教师可以根据教学内容和学生的年龄特点，安排故事类和探究类习题来激发学生的学习兴趣。

（2）同样在金的分析过程中有钨钼存在时，常规溶矿的洗涤难以除掉大量的钨钼，因此在滴定时王水溶矿所产生的黄色物质WO

和所生成的H

MoO

掩盖了指示终点，导致结果异常。通常我们通过加碱液离心分离的方式消除干扰，能够取得满意的结果，但我们如果对导致异常的钨钼的含量进行了定量分析，应该也会有一个喜人的发现。

2 单四级杆ICP-MS测定地质样品中金属元素异常

2.1 锗和镉元素异常

钒是地球上广泛分布的一种微量元素，其含量约占地壳构成的0.02%，工业上常在钢中加入钒，增加钢的弹性和强度，由于钒元素测定时比较难原子化，用常规空气-乙炔火焰原子吸收光谱法测定时相对比较困难，需在空气中掺入氧气形成富氧空气来做助燃气，乙炔为燃气的高温火焰原子吸收光谱法进行分析。这种现象实际上是原子吸收中电离干扰导致数据异常，我们常通过加入更易电离的碱金属元素，可以有效的消除电离干扰。如在用原子吸收分光光度计测定钠元素时，钠离子在空气-乙炔火焰中会出现电离的现象，想要解决这个问题，我们通常加入一定量的氯化铯来消除干扰，这样有效地防止了待测试液中的金属元素电离现象的发生。

2.2 铜和锌元素异常

原子吸收分光光度法是基于试样蒸汽相中被测元素的基态原子对由光源发出的该原子的特征性窄频辐射产生共振吸收，其吸光度在一定范围内与蒸汽相中被测元素的基态原子浓度成正比，以此来测定试样中该元素含量的一种仪器分析方法。原子吸收分光光度法使用的是锐线光源应用的是共振吸收线，测定的是基态原子；所以吸收线的数目较少，谱线重叠的概率较小，光谱干扰较小，测定时受温度的影响较小，因此相对来说，原子吸收分光光度法干扰较小。然而事实上，有时干扰也很严重，原子吸收分光光度法的干扰效应按照性质和产生的原因可以分为：化学干扰、物理干扰、电离干扰、光谱干扰等，这些干扰均可使火焰原子吸收分光光度计的雾化效率或灵敏度发生变化，进而导致金属元素分析异常。

镍元素是地质样品及土壤样品最常分析的重金属元素之一，是最常见得致敏性金属。对镍元素的分析方法有很多，地质样品中镍元素的分析主要是原子吸收分光光度法，然而在测定时，却会产生光谱干扰，要得到准确结果必须解决这一难题。光谱干扰是指与光谱发射及吸收有关的干扰，包括谱线干扰和背景吸收产生的干扰。谱线干扰包括光谱通带内存在着非吸收线、待测元素的分析线与共存元素的吸收线相重叠以及原子池内的直流发射等。此时，可减少狭缝宽度，降低灯电流，采用其他分析线以及采用交流调制等办法来消除干扰。背景吸收产生的干扰包括分子吸收和光散射。分子吸收干扰是指在原子化过程中生成的气态分子或氧化物及盐类分子对光源共振辐射的吸收而引起的干扰。它是一种带吸收。光散射是指在原子化过程中，产生的固体微粒对光产生散射，使被散射的光偏离光路而不为检测器所检测，导致吸光值偏高。非火焰法的背景吸收比火焰法高很多，若不扣除背景，有时根本无法进行测定。常见的背景校正方法有用邻近非共振线校正背景、连续光源校正背景、塞曼效应背景扣除法等。

2.3 铬元素异常

钙是生物圈内分布最广泛的金属元素之一,仅次于铁、铝,约占地壳的3%，以化合物状态存在,常见的如石灰石与大理石,石膏等。钙也是构成人体的重要组分。在用空气-乙炔燃烧的原子吸收分光光度计测定中，钙离子与样品中存在的磷酸盐、硫酸盐、铝钛等发生化学反应，形成了热力学更稳定的化合物，从而降低了火焰中基态原子数目，这种现象是典型的化学干扰，化学干扰是一种选择性干扰，消除的方法有：化学分离；使用高温火焰；加入释放剂和保护剂及缓冲剂；使用基体改进剂等。例如磷酸盐对钙含量测定干扰时，当加入氯化镧后，镧离子与磷酸根更易结合而将钙释放出来，从而消除了磷酸根对钙测定的干扰。在石墨炉中或试液中加入某种化学物质（基体改进剂）使基体形成易挥发化合物，在原子化前除去，从而避免与待测元素的共挥发。例如氯化钠基体对测镉的干扰可通过加入硝酸铵，使其转变成易挥发的氯化铵和硝酸钠，在灰化阶段除去加以消除。

3 原子吸收分光光度法测定地质样品中金属元素异常

铜在地壳中的含量约为0.01%，在个别铜矿床中，铜的含量可以达到3%～5%。自然界中的铜，多数以化合物即铜矿物存在。锌是一种浅灰色的过渡金属，也是第四“常见”的金属，仅次于铁、铝及铜。铜和锌都是人体所必需的一种微量元素。然而我们在对土壤、沉积物、岩石等地质样品中铜含量用ICP-MS进行分析时，由于大部分含量比较低，有研究表明，一些常量元素会在测定时对其有干扰。其中Ti在自然界中分布较广，约占地壳质量的0.6%，例如我国钒钛磁铁矿石分布较广，储量较大，Ti元素的含量很高，用ICPMS法测定对Cu和Zn的测定影响较大，原因就是质量数为49的Ti与质量数为16的氧结合形成

Ti

O

，与质量数为65的Cu一致，产生干扰；质量数为50的Ti与质量数为16的氧结合形成

Ti

O

，与质量数为66的Zn一致，产生干扰。解决方法为通过添加干扰校正方程解决。

数学教育看上去像一个拥有坚实的学科基础和清楚的方法论基础的、古老的跨世纪学科领域．但数学教育真的已经是这样的学科了吗？数学教育学科从ESM和JRME等学术期刊创刊以来，仅仅只有半个世纪之久，虽然此前也有关于数学教育研究的文章发表，事实上数学教育仍然是一个极其年轻的学科．

3.1 原子吸收测定地质样品中钒、钠元素异常

锗在自然界分布很散很广，锗具有多方面的特殊用途，在光纤通讯、太阳能电池、生物医学等领域都有广泛且重要的应用。镉是地球化学调查及环境样品分析必须要检测的一个重金属元素，会对呼吸道产生刺激，镉和它的化合物都具有毒性。有研究表明，在ICP-MS测定中，

Zn对

Ge、

Sn对

Cd、

Sn对

Cd产生同量异位素叠加干扰、

Zr

O对

Cd、

Zr

O对

Cd、

Zr

O对

Cd产生多原子复合离子干扰、

Ce

对

Ge,

Sm

、

Nd

对

Ge,

Sm

、

Nd

对

Ge产生双电荷离子干扰，以上干扰元素都会对分析结果造成较大误差，因此在分析过程中尤其注意这些干扰元素的含量。我们常通过选择测量元素的同位素和干扰校正方程进行校正来得到准确的分析结果，如在测定Ge时，主要受到

Zn对

Ge，

Ce

对

Ge,

Sm

、

Nd

对

Ge,

Sm

、

Nd

对

Ge的干扰。因为地质样品中Sm元素和Nd元素的含量相对较低，干扰元素同位素丰度小等因素，因此选择质量数为

Ge的作为测量同位素，干扰相对较小，同时，质量数为

Ge的灵敏度也较高。测定Cd时，Zr和Sn是主要干扰元素，由于一般地球化学样品中Sn的含量远远小于Zr，并且Sn对Cd仅有同最异位素干扰，干扰相对简单，而Zr原子离子干扰，干扰复杂，应该尽量避免，因此在测定中选取没有Zr干扰的同位素

Cd进行测定。对选择同位素仍然不能有效避免的质谱干扰，可以通过校正方程进行干扰校正。校正方程中的干扰系数分别用Nd、Sm、Sn的单个纯标准溶液测定和计算得出。

3.2 原子吸收测定地质样品中钙元素异常

铬元素是我们日常分析较多的一种重金属，他的毒性很强，进入人体中，容易对人的内脏器官造成伤害，如果在人体内蓄积时间过长，可以引发一些致癌的疾病。铬有2价、3价和6价三种化合物。引起中毒主要是指6价铬而言，它具有强氧化性，易穿入生物膜而起作用。我们在常规的地质样品分析中，铬的含量还是很低的，而我们在对地质样品消解时常会用到盐酸和高氯酸，在测定时易形成干扰，我们常用到的氩气也会与氧形成干扰，对结果造成影响。

3.3 原子吸收测定地质样品中镍元素异常

11.2.2.2 当柄原基大量出现时，适当减少通风量，促使柄原基长到5～7厘米后，再加大通风量，每天通风2次，每次1小时，促进盖原基分化。

由于有轨电车各线的客流分布情况并不一致，网络化运营模式能够充分发挥现代有轨电车运营组织灵活的特点，线路间的列车能够互相调剂补充，既能满足客流量的需求和服务水平，又能达到提高各线路的车辆满载率，加快列车周转，节省运用车数的网络化运营模式下的资源共享，达到运营效益最大化的目的。

当背景分布比较均匀时，可以认为与分析线邻近的非共振线的吸收与分析线的背景吸收近似相等。用分析线测量原子与背景吸收的总吸光度，因非共振线不产生原子吸收，用它来测量背景吸收的吸光度，两次测量值相减即得到校正背景之后的原子吸收吸光度。例如镍的共振线232.0nm邻近有非共振线231.6nm，可在232.0nm测定镍原子的吸收和背景吸收的总和，然后在231.6测定背景吸收，两者之差即为镍的吸光度。本方法适用于分析线附近，背景吸收变化不大的情况，否则准确度较差。也可采用氘灯扣背景法，这种方法是先用锐线光源测定分析线的原子吸收和背景吸收的总光度，再用氘灯在同一波长测定背景吸收，计算两次测定吸光度之差，即可是背景吸收得到校正。

4 结语

十四五规划以来，国家更加重视战略性矿产资源的调查与评价、勘查、开发和综合利用，注重推进资源型地区高质量发展。地质实验测试必定是不可缺少的环节。然而经过多年的发展和完善，地质实验测试配套体系已逐步成熟，异常信息的提取与应用，是对实验测试数据准确性、合理性判断的反映，也是对整个矿产资源规律的把握。

总之，地质实验测试异常信息的提取和应用的影响是多方面的，对于地质实验测试人员来说，在分析测试过程中，及时发现异常信息，既保证了数据的准确性，也对分析测试人员的专业技能得到很大的提升。长远去看，地质实验测试异常信息的提取和应用，也是综合应用能力的一种体现，为我国地质实验测试分析方法开发及地质实验测试资源整合奠定了基础，这也必将为地质实验测试工作创造更广阔的发展前景。

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