离子色谱技术在地质矿物测试中的应用

矿产资源是自然资源的重要组成部分，为经济发展和科技进步提供重要的物质保障，与人们的生产生活息息相关。我国地大物博，矿产资源储量丰富，然而随着社会经济的高速发展和绿色环保理念的深入人心，对矿产资源开采提出了更高的要求，研究地质矿物测试技术有利于提升矿产资源的利用率，推动矿产资源行业的健康可持续发展

。离子色谱技术是一种灵活易用的地质矿物分析测试技术，在测试中可以发挥其测试速度快、精准度高等优势，有助于提升工作质量与效率，对矿产资源顺利开采具有积极的推动作用

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1 地质矿物分析测试技术

地质矿物分析测试技术在地质科学研究中占有重要地位，测试结果可以评估地质环境资源的分布情况，为经济建设和社会发展做出重要贡献。

1.1 地质矿物分析测试技术的目的

地质矿物分析测试技术的目的在于获取有效的地质环境数据，并对数据信息进行整理分析，了解地质环境中矿物质等资源的分布状况和化学元素的含量组成，为矿产资源开采提供科学、可靠的依据

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运用地质矿物分析测试技术，能够有效获取详实、准确的矿石、矿物数据信息，掌握区域内的矿石和矿物分布情况，从而科学决策如何开发和利用矿产资源，提高矿产资源开采的质量和效率，避免矿产资源的浪费，并为地球科学研究提供可靠的数据支持

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论证会开始前，专家组一行莅临国际院士谷展厅。在参观展厅时，讲解员为专家组详细介绍了国际院士谷积极推动科技成果转移转化的相关进展，院士专家对项目搭建的“政产学研金服用”协同创新体系表现出浓厚兴趣。

1.2 地质矿物分析测试技术的步骤与内容

随着对离子色谱技术的不断研发和改进，离子色谱技术逐渐成为多种阴离子测定最好的手段之一，在地质矿物测试中得到越来越广泛的应用，拥有广阔的发展前景，为矿产资源开采工作做出了突出贡献。

1.3 地质矿物分析测试技术的特征

单从语义层面看，反启蒙即是启蒙的对立面，然而实际上这两个术语本身及它们之间的关系远没有这么简单。就启蒙自身而言，对于什么是启蒙这个问题历经无数思想家、哲学家的论述迄今依然没有定论。因此，作为其语义上的对立面的反启蒙也不能一概而论，而实际上反启蒙的复杂性也印证了这一点。因此，有必要效仿18世纪那个著名的提问来问一下“什么是反启蒙”？

由于矿石、矿物等物质复杂多样，不同岩石、矿物的差异很大，使得地质矿物分析测试工作面临不小的难度。在实际工作中，需要充分考虑检测对象的复杂性、多变性，明确测试范围区间，选择具有代表性的地质矿物样品，再结合地质矿物测试的实际需求选择适合的检测方法，尽可能提高地质矿物测试的精准度

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2 离子色谱技术的原理和特点

离子色谱技术起源于20世纪70年代，是液相色谱的一种，利用色谱技术测定离子型物质。经过几十年的发展，离子色谱技术可以精密测出样品中含有的不同元素含量，提高测量的精度。在地质矿物测试中的应用，不仅可以精密测出矿物样品中的元素含量，还可以了解每种元素的影响作用，指导矿产资源开采中有效隔离掉有害物质，避免出现环境污染问题。

离子色谱技术在无机阳离子分析领域的应用，与原子吸收光谱法相比在敏感度、精确度等方面十分接近，对于无机阳离子测定分析的质量和效率不断提升。目前，离子色谱技术不仅可以对过渡金属中的阳离子进行测定分析，还可以分析不同价态的阳离子，能够对铁、铜等阳离子进行含量检测。

2.1 离子色谱技术的原理

离子色谱技术的原理主要体现为离子交换，具体可以分为离子交换色谱、离子排阻色谱和离子对色谱三个分离方式

。离子色谱技术的柱填料树脂骨架大体相同，但离子交换功能基和容量存在一定差异，高效离子交换色谱使用低容量的离子交换树脂，离子排阻色谱选用高容量的离子交换树脂，而离子对色谱选用不含离子交换基团的多孔树脂。

离子交换色谱的分离原理在于离子交换，是借助离子交换树脂实现可离解离子与流动相中同种电荷离子的可逆交换，可以在较短时间内利用固定相中的固定电荷完成样品离子的分离和吸附。由于测试样品中的不同离子对固定相亲和力存在差异，可以实现亲水阴、阳离子的分离。离子交换树脂可以分离弱保留阴离子、无机阴离子，和含氧金属阴离子，对于小分子有机酸类等物质也具备不错的分析能力。离子交换树脂可以适用于很广的pH值范围，已再生处理，不足之处在于机械强度较差，容易受到有机物污染。

离子排阻色谱的工作原理主要表现为离子排斥。主要采用高容量阳离子交换树脂和稀盐酸作淋洗液，Donnan膜仅允许未离解的化合物通过，可以进入树脂的内微孔，而负电荷层排斥完全离解的化合物，无法被固定相保留。由于溶质与固定相间的非离子性相互作用，可以实现离子的分离，适用于有机酸和无机含氧酸根的分离。离子对色谱的工作原理基于吸附和离子对，在流动相中加入待分离离子相异电荷的离子，固定相使用疏水性的中性填料，加入离子与待测离子生成疏水性化合物。对离子极性端亲水，非极性端亲脂，离子对色谱可分离一般阴离子、金属络合物、胺类等。

1.2.5 延迟折扣任务(delay discounting task，DDT) 采用任务测量大学生的选择冲动性，该任务通过成对问题来考察被试在“较小但是即刻的金钱”(如现在的500元)及“较大但是延迟的金钱”(如1年后的1 000元)之间的选择以测查个体的冲动性程度，包括“获得”和“损失”2种情景，每种情景均有19个成对问题［13］。通过公式V=A/(1+K×D)可计算折扣率(K)，K越大表示个体冲动性选择程度越高。公式中V是主观价值，A是延迟奖赏值，D是延迟时间。

2.2 离子色谱技术的特点

离子色谱技术擅长于测定无机尤其是无机阴离子混合物，具有速度快、灵敏度高等优势。离子色谱技术对多种常见阴离子、阳离子可以在10min内完成测定分析，采用高效分离柱可在3min内完成常见阴离子的分离；离子色谱技术灵敏度达到ppb级别，使用浓缩柱的情况下可以提升到ppt级；离子色谱技术拥有多种成熟的固定相和可选择的检测器，适用于很多应用场景；离子色谱技术借助离子交换、离子排阻色谱等，可以同时测定样品中的多种离子化合物，和分光光度法等测定方法相比最大优势在于多组分同时测定，但对不同成分间的浓度差距有一定限制；离子色谱技术无需使用特殊试剂，使用简单方便，成本低廉，具有很强的经济实用性；离子色谱技术的柱填料可以适应很广的ph范围，对有机试剂具有很强的稳定性，能够对复杂基体进行测定分析，且允许使用强酸、强碱淋洗，适用范围很广。

3 离子色谱技术在地质矿物测试中的实际应用

地质矿物分析测试技术一般可以分为地质矿物样品加工、选择测定方法、鉴定分析和出具分析结果几个步骤。首要环节是在选择矿物样品后对样品进行加工，需要在实验室内测量样品重量，根据测试精细度标准等对矿物样品进行加工，保证样品均匀性，并开展定量和半定量分析，为地质矿物分析测试提供基础数据，便于后续测试工作的开展；其次要选择适合的测试方法，在得到矿物样品基础数据后，根据样品待测定元素含量等情况选择适合的测试方法，保证测试方法与实际需要相符；再次制定测试方案，消除不同方法、技术之间的差异性，使矿物样品中各个元素的分离、检测等工作协调统一，再严格按照操作准则开展地质矿物样品鉴定和分析工作，保证分析结果的真实性和精准性；最后对分析结果进行审查和复核，避免鉴定分析结果误差过大，将通过审查的分析结果上报并整理记录

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3.1 在分析无机阴离子中的应用

矿石样本的测试也十分复杂，需要先对矿石样本进行酸碱分解处理，为样品溶解工作提供足量的溶剂离子。由于矿物样品中含有大量的复杂离子，其中的很多离子都可能混入离子色谱仪，对地质矿物测定分析造成干扰，因此在运用离子色谱技术的过程中，需要注意对矿物样品的基体组分采取一定的预处理手段，消除不利的干扰因子。在实际工作中，一般可以采用半熔法、碱熔法等对基体组分进行预先处理，这些方法可以降低对待测离子的干扰，但也存在操作复杂等不足，需要进一步研究更加简便的预处理方法。有学者采用硫酸溶解镍矿样本，然后进行高温蒸馏，使镍矿样本复杂基体实现分离，不仅保证了测定结果的准确性，还缩短了预处理时间，显著提升了离子色谱技术在地质矿物测试中质量与效率。

离子色谱技术和其他测试方法相比，可以对不同土壤中的矿物质进行高精度检测，通过多次提取和检测可以有效保证检测结果的精准度。由于土壤和岩石等物质存在很大差异，吸收氮氧化物效率低，离子色谱技术可以很好的满足土壤检测的要求。同时，离子色谱技术还适用于水中矿物质的测定，水中矿物质测定对测试方法的要求更加严密，离子色谱技术可以借助过滤器对样品进行过滤，再对样品进行稀释，就可以对样品中的矿物质含量进行测量，整个测试流程十分简便。

在水利工程机电安装造价管理过程中，必须要在实行方案设计、工程设计的招投标等工作中落实造价管理思想，因此工程项目单位在设计阶段的造价管理中，可以引入竞争机制，将工程项目的机电安装工作分包给具体单位，通过这种方法让其成本管理可以达到预期水平。在实施过程中，可以先开展机电安装的招标设计方案，并在其中选择合理的设计方案，并在机电安装施工图的设计过程中通过委托或者招标等方法，确保中标单位的相关能力可以满足机电安装要求。

离子色谱技术在分析无机阴离子方面具有突出优势，随着科学技术的不断发展，无机阴离子的色谱测试方法多达数十种。在无机阴离子检测工作中，需要先对测试样本做好预处理，再结合实际检测条件，制定最适合的分离和检测方案，对待测样本进行分离检测。通常，可以选用电导检测方法，这种检测方法十分便捷，得到了广泛的应用。以往由于受到技术水平的限制，必须借助高温热水来完成样本提取，当前可以借助超声波技术对矿物样本进行提取，确保样本在溶液中完全浸润，保证了检测结果的精准度，并大幅减少检测时间。

耕地是保障国家粮食安全和生态环境安全的重要资源，其所面临的土壤安全问题急需解决。对此，贵州开磷化肥有限责任公司农化中心主任田树刚表示，全球面临着与土壤相关的水资源紧张、环境污染、气侯变化、能源短缺、生物多样性锐减、生态系统服务功能退化等多种问题，而土壤本身也面临着退化、污染等问题。高强度不合理的农用化学品的投入是造成土壤及环境恶化的重要原因之一，不合理的肥料添加也为土壤带来了严重的危害，这些问题的解决需要肥料产业各方的共同努力。

3.2 在分析无机阳离子中的应用

离子色谱技术在碱土金属、碱金属测试中得到广泛应用，可以对样品中的离子含量进行精准测定。随着离子色谱技术的不断发展，该技术不仅在无机阴离子分析领域得到普及应用，在无机阳离子测定中也取得了飞快的发展，相关的技术手段不断发展成熟。

2.3.2 脉冲声辐射力成像 (acoustic radiation force impulse imaging，ARFI)脉冲声辐射力成像是通过超声给组织施加局部辐射力，利用声辐射力的聚焦，在特定的线上产生推力，组织受到推力产生相应的应变，然后突然停止声辐射力，在应变恢复过程中检测不同时间点的应变情况，从而反映组织的黏弹特性。由于ARFI是采用声能机械性激励的方式，依然是通过位移来估算形变，所以本质上是应变成像。

3.3 在分离镧系金属中的应用

镧系金属和其他金属存在很大差异，镧系金属更容易在外界因素作用下产生水解现象，这对镧系金属的镧系元素分离提出了很高的要求。因此，要想实现对镧系元素的精准分析，不仅需要对分离环境进行严格控制，还需要科学选择适合的分离方法。

离子色谱技术在镧系金属分离中具有很大优势，可以利用阳离子交换法，对镧系元素进行高效、精准分离。离子色谱技术可以借助相关化学物质，对水化物中的水进行置换，并按照阳离子交换法的流程和标准实现镧系元素的有效分离。应用离子色谱技术，可以在镧系金属矿产勘测工作中发挥重要作用。在实际工作中，需要在提取镧系金属矿物样本和测试过程严格按照技术规范和相关标准实施离子分析，以有效规避外部环境和人员操作等因素的干扰，避免因环境条件和误操作影响检测结果，保证离子色谱技术应用的规范性和科学性。

4 离子色谱技术的发展前景

随着科学技术的快速发展，地质矿物分析测试技术水平不断提高。离子色谱技术以宏观与微观为主要发展方向，通过对各种测试技术的有效运用，精准测试矿物化学成分、晶胞参数等数据信息，可以借助仪器对矿物表面元素与形貌进行扫描分析，信息化和自动化水平越来越高。在三维立体图像等技术的支持下，地质矿物测试可以获得更加全面、精确的定量分析结果，在宏观领域可以对宇宙天体和地底深处矿物进行遥测分析，在微观领域可以借助先进仪器和技术提高矿物样品测定分析的准确度，提高测试工作的质量。

离子色谱技术作为地质矿物测试的重要方法之一，可以科学确定矿物质的化学组分和不同赋存状态下的含量，在矿产资源开采中发挥了不可忽视的积极作用。近年来，离子色谱技术逐渐发展成熟，可检测的离子数量不断增多，不同类型的检测方法可以满足不同地质环境、不同地质矿物的检测要求，离子色谱技术所使用的仪器和材料也不断推陈出新，有效提升了矿物测试工作的质量。在实际工作中，还需要结合具体情况的特点和需求，科学选择适用的检测方法和仪器、材料，对离子色谱技术进行科学调整，降低周边环境对技术应用的干扰，实现矿物样品待测离子的有效分离。

未来，应加大在离子色谱技术和仪器、材料研发上的人力物力投入，使离子色谱样品制备、分析时间越来越快，自动化水平越来越高，检测结果的精准度得到进一步提升。这不仅需要在工艺方面加大研发力度，更依赖于离子色谱仪等仪器、材料方面的持续研究。离子色谱仪的未来发现，应使流动相输送体系的耐压水平得到提升；通过应用阀切换等技术使进样体系更加精确化、微型化；将水电解与膜技术相结合，对淋洗液发生器和抑制器进行研发更新；减少噪声影响，提高电导和脉冲安培的稳定性；提升离子色谱仪恒温系统、软件等整个仪器和系统的兼容性。在固定相方面，应研究新型的基质材料，在保证pH值耐受范围的基础上提升热稳定性、耐压性等性能；研究新型的修饰材料，改善乳胶附聚的动力速度和亲水性，包括石墨烯、共价有机框架材料、碳纳米管等材料。在离子色谱技术的研发方面，应重点研发离子定向迁移、电催化氧化、电极在线清洗等技术，提升离子色谱技术的分离效率和检测精度，并探索离子色谱与质谱等技术的联用方法，研发联用技术的成熟方法，使离子色谱技术通过联用具备更高灵敏度和更广适用性。

5 结语

综上所述，我国拥有丰富的矿产资源，然而矿产资源多集中分布在地质条件较差区域，限制了矿产资源的开采与利用。矿产资源勘查与开采工作对于经济建设与科技发展具有举足轻重的作用，为了提升矿产资源利用率，需要积极开展地质矿物测试技术的研究与应用工作。在地质矿物测试工作中，离子色谱技术具有效率高、精度高、实用性强等优势，拥有广阔的应用空间。不仅要积极应用离子色谱技术解决矿产资源勘查与开采工作中的难题，还要持续做好离子色谱技术领域的研发工作，不断突破现有的局限和瓶颈，以更先进的仪器和技术来满足地质矿物发现、测试及开采的要求，为我国地矿事业发展做出更大的贡献。

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