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化探知識
勘查地球化學樣品多元素分析系統
文章來源:地大熱能 發布作者: 發表時間:2021-11-04 14:35:52瀏覽次數:1719
20世紀50年代,主要是學習、引進蘇聯和歐美的方法和技術。蘇聯在40~50年代主要是利用發射光譜分析方法解決化探樣品中的微量元素測定。歐美和加拿大等在這同一時期則主要利用比色分析方法解決化探樣品中的微量元素分析測定。新中國成立前這一科學領域在我國是空白,沒有自己的經驗,因此只能對這兩種分析系統采取同時引進、對比學習的做法。光譜分析主要采用蘇制的HCI-I- 22和r.icri - 28型中型石英棱鏡攝譜儀。
分析方法也主要沿用蘇聯化探規范中規定的所謂“半定量光譜分析方法”。這種方法十分簡單,它既不用內標也不用緩沖劑,將樣品(主要是土壤樣)磨至小于100目后直接裝入3 mm×4 mm石墨孔穴中,以8A交流電弧一次激發弧燒30—60 s,照相攝譜后,在映譜儀上對多種元素進行目視估讀測量其含量。該半定量方法工作效率較高,一般一個二人臺班,每日(8 h)可以完成200—400個化探樣品中20多種元素的測定。這方法的精密度低,測定的靈敏度低(檢出限太高),難以滿足化探要求。用這種方法進行化探普查找礦時,只能發現那些含量較高的異常。
比色分析法主要是利用雙硫腙氯仿溶液在不同pH條件下與Cu、Pb、Zn、Ag等微跡金屬形成有色配合物的原理,用目視比色方法測量這些元素在樣品中的含量。這種方法的優點簡單、易掌握并能獲得比光譜半定量法較好的精密度,缺點是工作效率低,不能適應化探普查中多元素測定的需要。
20世紀50年代末至60年代中期,用從國外引進的上述兩種分析方法技術系統,在我國進行了大量化探生產實踐,發現這兩種方法都存在著缺點和問題,且都不能夠較好地滿足化探工作要求。因此,在其后20年中,對它們及其相關的儀器設備進行了大量改進、研制和提高。這些改進、儀器研制和提高的研究工作大多數是在地質部物探所的化探專業實驗室內進行的,主要包括以下4個方面:
1)為了改進和提高半定量光譜分析的元素檢出限、靈敏度和分析精密度,研究開發了水平電極撒樣法光譜分析技術(孫煥振,黃永芳);開展了水平電極撒樣法半自動攝譜裝置和提高光譜讀譜精密度的研究(孫煥振,余奉章,鄭康樂)。在此基礎上,制定了以水平電極撒樣法半自動化攝譜裝置及利用計算尺讀譜法為基礎的半定量光譜分析方法,并向全國進行了推廣。這套分析方法使我國化探樣品中的某些重要指示元素Zn、Ag、Mo、Sn、Pb等的檢出靈敏度和方法的精密度獲得了提高,在一定程度上滿足了化探找礦要求。
2)為了滿足化探普查對某些元素的檢出限、靈敏度要求,研究開發了一些撒樣法光譜分析檢出靈敏度不能滿足要求的高靈敏度的測定Hg、Ag、Au、Be等元素的光譜分析法(鄭康樂,孫煥振,仲平,鄢明才,殷錫鵬等);研究開發了Ag、As、Au、B、Ca.
Cd、Co、Cr、Cu、Fe、Hg、Mg、Mn、Mo、Nb、Ni、P、Pb、Sb、Se、SOj-、Ta、Ti、U、V、W、Zn等元素的比色分析方法(謝學錦,康繼本,彭愷群,李善芳,李美生,李生郁,徐豐孚,陳國琳,廖霞,李照芳,程敬慈,何式章,鄢明才,陳靄瑤,鄭元香,陸蘇民等)。這批分析方法的研制開發成功,對查明這些元素在化探普查中的指示意義發揮了重要作用。
3)為滿足野外現場分析和研究元素存在形式的需要,研究開發了Cu、Pb、Zn、∑M (Cu+Pb+Zn重金屬總量)的冷提取分析法(李美生,李照芳,程敬慈等)。
4)為了研究半定量光譜分析誤差分布特征和化探樣品分析的質量控制問題,1965年鄭康樂、賈炳韜根據半定量光譜分析誤差的對數正態分布的特點,提出了以λ、AlgC作為半定量光譜分析誤差的統計專用指標,還為加快參數計算提供了AlgC參數速查表和λ值諾模圖,并在地質部物探所的內部資料《物探化探研究報導》上發表(孫煥振,1987;攣美生,2003)。
1957年6月,李善芳等翻譯了蘇聯A.A.列茲尼科夫等的《天然水的分析方法》一書,由地質出版社出版。物探所開始研制天然水中微跡金屬的測定方法,研制了Cu、Pb、Zn、Cd、As、Mo、Ni、Ca、硫酸根和重金屬總量等的野外快速測定方法。
1957年8月至1959年,地質部物探所開展了稀有元素化探方法試驗,包括Li、Rb、Cs、Be、Nb、Ta等元素分析方法,在內蒙古對偉晶巖含礦性評價及在湖南對鈹礦、鈳釔礦等開展方法有效性試驗(孫煥振等)。
1958年5月,地質部物探所在貴州萬山、丹寨等汞礦區進行了汞量測量研究,研制了檢出限為(1~2)×106汞的高靈敏光譜分析方法,可以測出礦區及區域背景樣品中的汞含量(鄭康樂等,1959)。
1959年,地質部物探所連續編輯出版《地球化學探礦野外快速分析方法匯編》(第1集,1959;第2集,1960;第3集,1961),匯集了50年代物探所比色分析的部分成果(李美生,2003)。
1961年5月,四川省地質局物探大隊為進行米易幅1:20萬區域化探樣品分析,制定了以多種光譜分析方法為主、輔以化學半定量分析的配套分析方法,分析29種元素,其分析精度和準確度比過去有較大提高(楊泗麟)。使用這套配套分析,使米易幅區域化探試驗取得了明顯效果,曾在北京地質博物館展出。
1964年9月,中國工業出版社出版《地球物理與地球化學探礦研究報告文集》第1集(地球化學探礦快速分析方法專集),由鄭康樂、康繼本、孫煥振等編輯。該專集收集了化學分析文章19篇,光譜分析文章10篇,反映了20世紀50~60年代物探研究所分析測試技術方面的部分研究成果。
1965年地質部物探所成立金礦化探組,由朱義武、鄭康樂負責。朱義武等在遷西金廠峪和承德奈林溝等已知金礦區進行方法試驗;鄭康樂等開發了冷王水提取樣品中的金、活性炭吸附、直接用半自動水平電極撒樣裝置攝譜靈敏度較高的分析金測定方法,方法的絕對檢出限達到了10 ng左右。在金廠峪所作的一條穿越礦體的金的地球化學剖面,清晰地顯示和驗證了以金找金的優越性。
1975年3月,桂林冶金地質研究所編寫的《地球化學探礦分析方法(比色部分)》由冶金工業出版社出版。
1976物探所重新開展了冷提取分析方法研究產研究指標由原來的兩個(銅和重金屬總量)增加到7個[Cu、Pb、Zn、Co、Ni、As、P、∑M(重金屬總量)],從而使冷提取分析技術的用途和范圍進一步擴大,并在全國地質系統推廣。
1973~1977年5年內,謝學錦等制定了區域化探的戰略發展計劃,在全國范圍內與地質隊、物探隊進行聯系與合作,在福州及黃山的區域化探討論會上作了重要報告。1978年初,在地質部上海會議上正式提出了“區域化探全國掃面計劃”,立即為部領導所采納,并在全國范圍內展開。物化探所承擔了制定這項戰略計劃,編寫操作規程,制定全國分析質量監控方案,組織研制標準樣,指導陜西、湖北、遼寧、甘肅、南京5個省局實驗室對區域化探全國掃面樣品各元素(39個)分析系統進行研究開發。研究邊遠地區特殊環境中的區域化探工作方法,并對各省開展區域化探掃面工作進行技術指導和技術咨詢。經過5年技術準備,這項掃面計劃開始全面付諸實施。
為滿足區域化探全國掃面計劃要求,地質部系統制定了多元素分析系統。謝學錦總結我國多元素分析系統的發展過程為:1979~1982年,以光柵光譜儀為主,輔以其他分析方法;1982~1985年,統一成了兩個分析系統,以X射線熒光光譜法為主的分析系統,以電感耦合等離子體原子發射光譜為主的分析系統。1985年至今,全國80%以上的實驗室采用以X射線熒光光譜法為主的多元素分析系統(謝學錦,2002)。
1977年11月,由物探所康繼本等編譯的<地球化學探礦分析方法譯文集》由地質出版社出版。本書共收集了15篇國外較新的化探分析方法方面的文章,包括光譜、原子吸收、原子熒光及個別元素的分析方法,反映了當時的國外分析水平與發展趨勢。
1978年2月6日,中國地質科學院實驗管理處發文給各實驗室,提出“對區域化探全國掃面樣品分析方法的要求”,所研制的方法檢出限應低于該元素的地殼豐度值。
1978年3月25~29日,國家地質總局物探局在江西向塘江西省第一物探隊召開了區域化探全國掃面樣品分析會議,有12個單位參加。會議根據謝學錦的建議,提出1:20萬區域化探樣品要求分析的39種元素及各元素的檢出下限、精密度和準確度的要求。其中金的檢出限為1—3 ng/g,以后隨著Au高靈敏度分析方法的研制,又將Au的檢出限規定為0.3 ng/g(孫煥振,1991)。
1978年,物探所按照謝學錦的設計,開始立項研究化探樣品質量監控方案,包括:
①制定統一的分析方法;②提出分析質量監控方案;③提出標準樣制備方法。翌年,完成了區域化探樣品分析質量監控方案的研制(地礦部物化探所,1997)。
1978年4月,康繼本收集了1965~1977年12年間國外化探分析文獻180多篇,在《物探與化探》上發表了述評“近十年來國外化探分析方法概況及發展趨勢”;1980年8月,又發表了1978~1980年間國外化探分析方面的述評。
1979年3月,國家地質總局物探局將《地球化學探礦樣品分析方法匯編》推薦給各省地質局、物探隊、化探隊和區調隊所屬實驗室,以提供制定區域化探樣品分析方法時參考。
1979年4月,國家地質總局物探局就區域化探樣品快速定量分析方法的檢出限、精密度和準確度等方面的技術要求提出解釋和說明。
1979年5月,國家地質總局批準在物探所成立“國家地質總局化探分析質量監控站”(標準物質研究中心),監控站負責人鄢明才。
1979年6月,由陜西、遼寧、湖北、江蘇和甘肅5省實驗室在南京組織了一次有關技術干部的座談會。謝學錦到會講解、介紹區域化探全國掃面技術要求和實驗方法。國家地質總局科技司下達了“地球化學標準參考樣的研制”項目(即一級標準物質的研制),5省實驗室被列為專題組成員單位。
1979年6月,由國家地質總局物探局和科技司實驗管理處根據區域化探掃面的“暫行規定”要求,組織陜西、遼寧、湖北、江蘇和甘肅5省實驗室共同進行“區域化探(水系沉積物)樣品分析方法研究”;經過3年努力,提出了以常規儀器為主體的配套分析系統和質量監控方案,可以分析47個常量、微量、痕量元素。經過陜西石泉幅、湖北竹山幅和遼寧開原幅等圖幅的開發性試驗,證明質量優良,為全國開展1:20萬區域化探掃面提供了可推廣的技術支撐條件。該項研究成果獲地質礦產部1985年科技成果一等獎和國家科技進步三等獎。
1981年5月,地質部發布了《地質部區域化探全國掃面計劃》,并提出各省(區)局和各有關單位在1981~1982年間應做好的各項準備工作。地質部重申區域化探是部一項帶有戰略意義的任務,要求各地質局領導充分重視,提出了5項措施要求各局執行。
地質(礦)部1981—1984年在全國范圍內學習推廣陜西等5省研制的區域化探樣品分析方法,使全國的區域化探樣品分析水平獲得了大幅度提高(地礦部勘查技術司,1992)。
1982年6月2~20日,湖南物探大隊和江蘇省地質局實驗室受地質部物化探局委托,在湖南邵陽物探隊舉辦光譜分析新方法推廣學習班。學員有來自27個省(或單位)的36名學員,學習光譜分析加罩電極法及光電譯譜儀的原理及使用方法。
1983年1月,江蘇省地質局實驗室沈瑞平研制出一種加罩電極載體蒸餾和電弧濃縮相結合的光譜分析方法,同時測定區域化探樣品中37種元素,方法的檢出限、精密度、準確度和分析效率可滿足區域化探樣品分析要求,在《地質論評》29卷第1期上發表了研究論文。
1983年10月4~9日,第一屆化探分析經驗交流會在西安召開,與會代表80名。
1983年11月,地礦部物化探所引進日本理學3080EII型X射線熒光光譜儀。用該儀器研制了24個主要元素、微量、痕量元素的測定方法,并在物化探所舉辦了三期X射線熒光光譜學習班,參加學習班的有來自全國約100個單位的200人(李國會,2003)。
20世紀80年代中期,物化探研究所中心實驗室研究、開發和建立的以X射線熒光光譜為主體的區域化探掃面樣品多元素(40個)分析系統在1: 20萬區域化探全國掃面計劃中發揮了重要作用,并將繼續作出貢獻。該分析系統組成如下:粉末壓餅(法)X射線熒光光譜法直接測定25個主、次、痕量元素(AI、Ca、Fe、K、Mg、Na、Si、Ba、Co、Cr、Cu、La、Mn、Nb、Ni、P、Pb、Rb、Sr、Th、Ti、V、Y、Zn、Zr),泡塑吸附石墨爐原子吸收光譜法測Au,石墨爐原子吸收光譜法測定Ag、Cd,火焰發射測定Li,比色法測定U,原子熒光光譜法測定As、Sb、Bi、Hg,發射光譜法測定B、Be、Sn,極譜法測定Mo和W,離子選擇性電極法測定F。
1985年8月21日,地礦部遼寧省局和湖南省局測試中心、地礦部第二綜合物探大隊和物化探所聯合研制的“1:5萬化探普查中分析方案的最優化選擇”通過鑒定,制足Jr以發射光譜法為主分析26種元素、其他方法為輔分析21種元素的分析方案,并提出了分析質量評價和監控方案(沈陽綜合巖礦測試中心,2003)。
1986年秋地礦部在云南昆明召開了“化探分析方法及配套方案經驗交流會”a1986年中國地質科學院實驗管理處再次組織武漢、沈陽、西安、南京4省局中心實驗室(儲亮儕,趙家仁,徐子培,許大興,王鶴齡等),聯合研制“第二代1:20萬區域化探樣品多元素(39個)分析方法和計算機數據采集系統”,建立了以x射線熒光光譜法和等離子光量計為主體的配套方法,在全國推廣應用,1990年獲地礦部科技成果二等獎。
截至1991年底,已完成約600個圖幅的樣品分析任務,大大加快了l:20萬區域化探掃面工作的進程(地礦部勘查技術司,1992)。
1989年地礦部勘查技術司發布推廣了《1:5萬區域地質調查及地球化學普查樣品分析方法及質量管理指導性規程》。
20世紀80年代末,在“七五”部控局管項目“應用于勘查地球化學某些痕量超痕量元素快速靈敏分析方法和技術的研究”中,研究開發和建立了水地球化學樣品多元素分析系統和植物地球化學樣品多元素分析系統(周麗沂,李國會,盧蔭庥,張錦茂,張文華等)。該項研究成果獲地質礦產部1993年科技成果二等獎。
水地球化學樣品多元素分析系統由PAN/CdS共沉淀預富集化學光譜法測定天然水中Cu、Pb、Zn、 Ag、 Mo、 Ni、 Cr、Co、V、Ti、 Mn、Be、 Ga、 Fe、Sn、 As、Sb、Bi 18種痕量金屬元素,溶劑(MIBK-TAA)萃取原子吸收光譜連續測定天然水中Ag. Cd、Fe、Cu、Pb. Zn、Co、Ni、Cr、Mn、In、Tl 12種元素,離子色譜法測定天然水中F-、CI-、Br-、I-、和硫酸根6種陰離子,原子熒光光譜法測定天然水中As和Sb的方法組成。
植物地球化學樣品多元素分析系統由植物粉末樣品壓餅制樣,x射線熒光光譜法直接測定Na、Mg. A1、Si、P、s、CI、K. Ca、Ti、Cr、Mn、Fe. Co、Ni、Cu、Zn、Pb、Rb. Sr、Mo、Ba、Br、V、 As 25個元素,火焰原子吸收光譜法測定K、Na、Ca. Mg_Mn、Fe_ Cu、 Zn,石墨爐原子吸收光譜法測定Ag. Au、Cd、Be. Co. Ni、Pb,以及熱水解離子色譜法測定CIBR和S組成。
20世紀90年代初和中期,在部科技項目“七種痕量元素野外(現場)快速分析方法和技術的研究”及嗣后的部新技術推廣項目中,研究開發和建立了一套野外(現場)地球化學多元素分析系統(盧蔭庥,王曉苓等),并很快在全國推廣。該分析系統不僅提供了一套在野外行之有效的、簡便快速靈敏的多元素分析方法,還配備了輕便的野外樣品加工工具,便攜式電子天平及可與微機聯機的交直流兩用便攜式光導比色計,野外適用的分析箱。其成果包括:①開發了一種新的金野外快速定量測定方法。樣品經室溫下冷浸分解,在同一份稱樣中連續測定痕量和常量金。測定范圍:w (Au)為(0. 0005~50)×10負6次方,跨6個數量級。低含量金用微珠比色測定;w(Au)為20xio-g以上者用光導比色(計)測定,既可測定痕量金,又可做金礦石中金的品位測定。②在野外于同一份稱樣中連續測定痕量和常量銀。測定范圍:訓(Ag)為(0. 010~50)×10的負6次方跨越4個數量級。
w(Ag)在0.25×10-6以上銀用光導比色測量;w(Ag)在0.25×10的負6次方以下的銀則用微珠析出法測定。③在同一份稱樣中連續測定Cu和Zno檢出限w(Cu)為(1~5)×10的負6次方,w(Zn)為5×10-6④氫化物發生(法)一光導比色法,在同一份樣品制備的溶液中同時或單獨測定:⑧As、Sb,⑥As、Pb,@As、Sb、Bi和③Bi。此法集元素分離、富集、顯色于一體,操作簡便、準確,成本低廉,同時亦適用于環境樣品中砷等元素的測定。檢出限w(As)一(0.5~1)×10-6,w( Sb)一0.1×10-6,w(Bi)一0.1×10-6,w(Pb)一(5~10)×10-6。該系統很快在地礦、冶金、有色、黃金等部門獲得推廣,并進入馬來西亞、泰國、秘魯、伊朗、蘇丹和玻利維亞等國家。截至2002年已推廣250臺套。
20世紀90年代中期,地礦部武漢綜合巖礦測試中心、巖礦測試技術研究所、山東省地礦局中心實驗室協作研制成的1: 20萬區域化探碳酸鹽巖類樣品分析配套方案,可檢出碳酸鹽巖主成分和30多個痕量元素,其檢出限等可以滿足巖石測量樣品分析要求,為一些省早已積存的大批碳酸鹽巖樣品分析提供了可靠的技術方法。
20世紀90年代中期,在中國開展的地球化學環境監控網絡計劃(項目)中,謝學錦提出:將中國區域化探樣品分析中必測的39個元素,納入國際地球化學填圖計劃中必須分析的49種元素分析系統中,再增加10個中國區域化探掃面計劃中未納入的元素(指標):LOI、S、Ga、Sc、Rb、Cs、Ce、Se、I和C1。在此計劃中,物化探所中心實驗室組織并具體實施了這- 49個元素分析系統,并取得了很好的礦產勘查和環境監控效果(周麗沂,李國會,盧蔭庥,張勤,孫曉玲等)。這一分析系統由X射線熒光光譜法測定Si、Al、Fe、Ca、Mg、K、Na、Mn、Ti、P、Cu、Pb、Zn、Cr、Ni、Co、Sr、Ba、Rb、Cs、Sc、Y、La、Zr、V、Nb、Th、Ce、S,原子熒光光譜測定As、Sb、Bi、Hg、Se,極譜法測定W、Mo,原子光學發射光譜法Sn、B、Be,原子吸收光譜法測定Ag、Cd、Li、Cs,激光熒光法測定U,化學預富集后石墨爐原子吸收光譜法測定Au,離子選擇性電極測定F,離子色譜法測定I、CI和重量法測定燒失量LOI組成。
20世紀末,在地礦部重點科技項目“勘查地球化學樣品中痕量貴金屬和稀散元素測試技術的研究”的研究開發中,建立了勘查地球化學樣品中痕量貴金屬和稀散元素配套分析系統(張勤,周麗沂,孫曉玲,范輝,任萍等)。它包括:①泡塑吸附一石墨爐原子吸收光譜測定痕量金;②等離子質譜法測定痕量金、鉑和鈀;③泡塑吸附一石墨原子吸收光譜法測定痕量鉈;④焙燒富集分離一氫化物原子熒光光譜法測定痕量硒;⑤焙燒富集分離一氫化物原子熒光光譜法測定痕量碲;⑥氫化物一原子熒光光譜法直接測定痕量鍺。
21世紀初前兩年,為了配合新一輪國土資源大調查,在“勘查地球化學樣品中76元素測試方法技術和質量監控系統的研究”項目中,物化探所和測試所研究開發建立了“76元素分析測試和監控系統”(張勤,周麗沂,孫曉玲,范輝,李冰等),并在分析測定實際樣品中進行了考驗和應用。這一系統的構成是:①等離子質譜法(ICP-MS)直接測定Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Bi、Ce、Co、Cs、Cu、La、Mo、Nb、Rb、Th、U、W、Y、Zn;②火試金預集分離,ICP-MS測定Au、Pt、Pd、Os、Ru、Rh、Ir;③ICP-MS測定Nb、Ta、Zr、Hf,④ICP-MS測定Ga、In、Tl、Re;⑤X射線熒光光譜測定Ga、Rb、Sc、Cl、Br、S、Ce,Si、Al、Fe、Ca、Mg、K、Na、 Ba、 Co、 Cr、 Cu、 La、 Mn、 Nb、 Ni、 P、 Pb、 Sr、 rh、 Ti、 V、 Y、 Zn、 Zr;⑥等離子光學發射光譜(ICP-OES)測定Al、 Fe、 Ca、 Mg、 Na、 K、 Ba、 Co、 Cr、Cu、 Li、 Be、 La、 Mn、 Nb、 Ni、 P、 Pb、 Sr、 Ti、 V、 Sc、 Y、 Zn;⑦原子吸收光譜測 定Au、Ag、Cd;⑧氫化物原子熒光光譜(HG-AFS)測定As、Sb、Bi、Se、Te、Ge;⑨冷蒸汽原子熒光光譜法( CV-AFS)測定Hg;⑩選擇性離子電極(SIE)測定F;⑩發射光譜(ES)測定B、Sn;⑥容量法(VOI-)測定C、N;⑩催化比色法(CF-COL)測定I。
在“浙江省農業地質環境調查”項目中,研究開發了土壤樣品配套分析方案和分析質量監控系統(張勤等),共分析54種指標;除1: 20萬區域化探掃面計劃中規定的39種元素外,考慮農業和環境的研究需要,增加分析13種元素(Br、C、Ce、CI、Ga、Ge、I、N、Rb、S、Sc、Se、Tl),以及有機碳和pH值。該分析方案的構成是:①內標法等離子質譜直接測定15種痕量和超痕量元素(Bi、Cd、Ce、Co、La、Mo、Nb、Pb、Sb、Sc、Th、Tl、U、W、Y);②粉末低壓聚乙烯鑲邊襯底壓片波長色散X射線熒光光譜法直接測定31個主、次、痕量元素(Ba、Br、Ce、Co、Cr、Cu、Ga、La、Mn、Nb、Ni、P、Pb、Rb、S、Se、Sc、Sr、Th、Ti、V、Y、Zn、Zr、Na20、K20、Mg0、Ca0、Fe2 03、A12 03、Si02);③氫化物一原子熒光光譜法測定As、Sb、Bi;④氫化物一原子熒光光譜法測定Se;⑤氫化物一原子熒光光譜法測定超痕量Ge;⑥冷蒸氣一原子熒光光譜法測定Hg;⑦泡沫塑料吸附富集一石墨爐原子吸收光譜法測定超痕量金;⑧發射光譜法測定Ag、B、Sn、Mo、Pb;⑨催化分光光度法測定I;⑩離子選擇性電極法測定F;①半微量凱氏法測定N;①氧化熱解一電位法測定總碳和有機碳(中國地質,第31卷增刊,2004)。
2000年12月9日,中國地質調查局向全國各地調院、有關實驗室測試中心發出“關于加強區域地球化學樣品測試質量管理的函”,針對當時區域化探樣品測試存在的問題,提出了5項技術及管理方面的要求,進一步提高區域化探樣品測試質量。
分析方法也主要沿用蘇聯化探規范中規定的所謂“半定量光譜分析方法”。這種方法十分簡單,它既不用內標也不用緩沖劑,將樣品(主要是土壤樣)磨至小于100目后直接裝入3 mm×4 mm石墨孔穴中,以8A交流電弧一次激發弧燒30—60 s,照相攝譜后,在映譜儀上對多種元素進行目視估讀測量其含量。該半定量方法工作效率較高,一般一個二人臺班,每日(8 h)可以完成200—400個化探樣品中20多種元素的測定。這方法的精密度低,測定的靈敏度低(檢出限太高),難以滿足化探要求。用這種方法進行化探普查找礦時,只能發現那些含量較高的異常。
比色分析法主要是利用雙硫腙氯仿溶液在不同pH條件下與Cu、Pb、Zn、Ag等微跡金屬形成有色配合物的原理,用目視比色方法測量這些元素在樣品中的含量。這種方法的優點簡單、易掌握并能獲得比光譜半定量法較好的精密度,缺點是工作效率低,不能適應化探普查中多元素測定的需要。
20世紀50年代末至60年代中期,用從國外引進的上述兩種分析方法技術系統,在我國進行了大量化探生產實踐,發現這兩種方法都存在著缺點和問題,且都不能夠較好地滿足化探工作要求。因此,在其后20年中,對它們及其相關的儀器設備進行了大量改進、研制和提高。這些改進、儀器研制和提高的研究工作大多數是在地質部物探所的化探專業實驗室內進行的,主要包括以下4個方面:
1)為了改進和提高半定量光譜分析的元素檢出限、靈敏度和分析精密度,研究開發了水平電極撒樣法光譜分析技術(孫煥振,黃永芳);開展了水平電極撒樣法半自動攝譜裝置和提高光譜讀譜精密度的研究(孫煥振,余奉章,鄭康樂)。在此基礎上,制定了以水平電極撒樣法半自動化攝譜裝置及利用計算尺讀譜法為基礎的半定量光譜分析方法,并向全國進行了推廣。這套分析方法使我國化探樣品中的某些重要指示元素Zn、Ag、Mo、Sn、Pb等的檢出靈敏度和方法的精密度獲得了提高,在一定程度上滿足了化探找礦要求。
2)為了滿足化探普查對某些元素的檢出限、靈敏度要求,研究開發了一些撒樣法光譜分析檢出靈敏度不能滿足要求的高靈敏度的測定Hg、Ag、Au、Be等元素的光譜分析法(鄭康樂,孫煥振,仲平,鄢明才,殷錫鵬等);研究開發了Ag、As、Au、B、Ca.
Cd、Co、Cr、Cu、Fe、Hg、Mg、Mn、Mo、Nb、Ni、P、Pb、Sb、Se、SOj-、Ta、Ti、U、V、W、Zn等元素的比色分析方法(謝學錦,康繼本,彭愷群,李善芳,李美生,李生郁,徐豐孚,陳國琳,廖霞,李照芳,程敬慈,何式章,鄢明才,陳靄瑤,鄭元香,陸蘇民等)。這批分析方法的研制開發成功,對查明這些元素在化探普查中的指示意義發揮了重要作用。
3)為滿足野外現場分析和研究元素存在形式的需要,研究開發了Cu、Pb、Zn、∑M (Cu+Pb+Zn重金屬總量)的冷提取分析法(李美生,李照芳,程敬慈等)。
4)為了研究半定量光譜分析誤差分布特征和化探樣品分析的質量控制問題,1965年鄭康樂、賈炳韜根據半定量光譜分析誤差的對數正態分布的特點,提出了以λ、AlgC作為半定量光譜分析誤差的統計專用指標,還為加快參數計算提供了AlgC參數速查表和λ值諾模圖,并在地質部物探所的內部資料《物探化探研究報導》上發表(孫煥振,1987;攣美生,2003)。
1957年6月,李善芳等翻譯了蘇聯A.A.列茲尼科夫等的《天然水的分析方法》一書,由地質出版社出版。物探所開始研制天然水中微跡金屬的測定方法,研制了Cu、Pb、Zn、Cd、As、Mo、Ni、Ca、硫酸根和重金屬總量等的野外快速測定方法。
1957年8月至1959年,地質部物探所開展了稀有元素化探方法試驗,包括Li、Rb、Cs、Be、Nb、Ta等元素分析方法,在內蒙古對偉晶巖含礦性評價及在湖南對鈹礦、鈳釔礦等開展方法有效性試驗(孫煥振等)。
1958年5月,地質部物探所在貴州萬山、丹寨等汞礦區進行了汞量測量研究,研制了檢出限為(1~2)×106汞的高靈敏光譜分析方法,可以測出礦區及區域背景樣品中的汞含量(鄭康樂等,1959)。
1959年,地質部物探所連續編輯出版《地球化學探礦野外快速分析方法匯編》(第1集,1959;第2集,1960;第3集,1961),匯集了50年代物探所比色分析的部分成果(李美生,2003)。
1961年5月,四川省地質局物探大隊為進行米易幅1:20萬區域化探樣品分析,制定了以多種光譜分析方法為主、輔以化學半定量分析的配套分析方法,分析29種元素,其分析精度和準確度比過去有較大提高(楊泗麟)。使用這套配套分析,使米易幅區域化探試驗取得了明顯效果,曾在北京地質博物館展出。
1964年9月,中國工業出版社出版《地球物理與地球化學探礦研究報告文集》第1集(地球化學探礦快速分析方法專集),由鄭康樂、康繼本、孫煥振等編輯。該專集收集了化學分析文章19篇,光譜分析文章10篇,反映了20世紀50~60年代物探研究所分析測試技術方面的部分研究成果。
1965年地質部物探所成立金礦化探組,由朱義武、鄭康樂負責。朱義武等在遷西金廠峪和承德奈林溝等已知金礦區進行方法試驗;鄭康樂等開發了冷王水提取樣品中的金、活性炭吸附、直接用半自動水平電極撒樣裝置攝譜靈敏度較高的分析金測定方法,方法的絕對檢出限達到了10 ng左右。在金廠峪所作的一條穿越礦體的金的地球化學剖面,清晰地顯示和驗證了以金找金的優越性。
1975年3月,桂林冶金地質研究所編寫的《地球化學探礦分析方法(比色部分)》由冶金工業出版社出版。
1976物探所重新開展了冷提取分析方法研究產研究指標由原來的兩個(銅和重金屬總量)增加到7個[Cu、Pb、Zn、Co、Ni、As、P、∑M(重金屬總量)],從而使冷提取分析技術的用途和范圍進一步擴大,并在全國地質系統推廣。
1973~1977年5年內,謝學錦等制定了區域化探的戰略發展計劃,在全國范圍內與地質隊、物探隊進行聯系與合作,在福州及黃山的區域化探討論會上作了重要報告。1978年初,在地質部上海會議上正式提出了“區域化探全國掃面計劃”,立即為部領導所采納,并在全國范圍內展開。物化探所承擔了制定這項戰略計劃,編寫操作規程,制定全國分析質量監控方案,組織研制標準樣,指導陜西、湖北、遼寧、甘肅、南京5個省局實驗室對區域化探全國掃面樣品各元素(39個)分析系統進行研究開發。研究邊遠地區特殊環境中的區域化探工作方法,并對各省開展區域化探掃面工作進行技術指導和技術咨詢。經過5年技術準備,這項掃面計劃開始全面付諸實施。
為滿足區域化探全國掃面計劃要求,地質部系統制定了多元素分析系統。謝學錦總結我國多元素分析系統的發展過程為:1979~1982年,以光柵光譜儀為主,輔以其他分析方法;1982~1985年,統一成了兩個分析系統,以X射線熒光光譜法為主的分析系統,以電感耦合等離子體原子發射光譜為主的分析系統。1985年至今,全國80%以上的實驗室采用以X射線熒光光譜法為主的多元素分析系統(謝學錦,2002)。
1977年11月,由物探所康繼本等編譯的<地球化學探礦分析方法譯文集》由地質出版社出版。本書共收集了15篇國外較新的化探分析方法方面的文章,包括光譜、原子吸收、原子熒光及個別元素的分析方法,反映了當時的國外分析水平與發展趨勢。
1978年2月6日,中國地質科學院實驗管理處發文給各實驗室,提出“對區域化探全國掃面樣品分析方法的要求”,所研制的方法檢出限應低于該元素的地殼豐度值。
1978年3月25~29日,國家地質總局物探局在江西向塘江西省第一物探隊召開了區域化探全國掃面樣品分析會議,有12個單位參加。會議根據謝學錦的建議,提出1:20萬區域化探樣品要求分析的39種元素及各元素的檢出下限、精密度和準確度的要求。其中金的檢出限為1—3 ng/g,以后隨著Au高靈敏度分析方法的研制,又將Au的檢出限規定為0.3 ng/g(孫煥振,1991)。
1978年,物探所按照謝學錦的設計,開始立項研究化探樣品質量監控方案,包括:
①制定統一的分析方法;②提出分析質量監控方案;③提出標準樣制備方法。翌年,完成了區域化探樣品分析質量監控方案的研制(地礦部物化探所,1997)。
1978年4月,康繼本收集了1965~1977年12年間國外化探分析文獻180多篇,在《物探與化探》上發表了述評“近十年來國外化探分析方法概況及發展趨勢”;1980年8月,又發表了1978~1980年間國外化探分析方面的述評。
1979年3月,國家地質總局物探局將《地球化學探礦樣品分析方法匯編》推薦給各省地質局、物探隊、化探隊和區調隊所屬實驗室,以提供制定區域化探樣品分析方法時參考。
1979年4月,國家地質總局物探局就區域化探樣品快速定量分析方法的檢出限、精密度和準確度等方面的技術要求提出解釋和說明。
1979年5月,國家地質總局批準在物探所成立“國家地質總局化探分析質量監控站”(標準物質研究中心),監控站負責人鄢明才。
1979年6月,由陜西、遼寧、湖北、江蘇和甘肅5省實驗室在南京組織了一次有關技術干部的座談會。謝學錦到會講解、介紹區域化探全國掃面技術要求和實驗方法。國家地質總局科技司下達了“地球化學標準參考樣的研制”項目(即一級標準物質的研制),5省實驗室被列為專題組成員單位。
1979年6月,由國家地質總局物探局和科技司實驗管理處根據區域化探掃面的“暫行規定”要求,組織陜西、遼寧、湖北、江蘇和甘肅5省實驗室共同進行“區域化探(水系沉積物)樣品分析方法研究”;經過3年努力,提出了以常規儀器為主體的配套分析系統和質量監控方案,可以分析47個常量、微量、痕量元素。經過陜西石泉幅、湖北竹山幅和遼寧開原幅等圖幅的開發性試驗,證明質量優良,為全國開展1:20萬區域化探掃面提供了可推廣的技術支撐條件。該項研究成果獲地質礦產部1985年科技成果一等獎和國家科技進步三等獎。
1981年5月,地質部發布了《地質部區域化探全國掃面計劃》,并提出各省(區)局和各有關單位在1981~1982年間應做好的各項準備工作。地質部重申區域化探是部一項帶有戰略意義的任務,要求各地質局領導充分重視,提出了5項措施要求各局執行。
地質(礦)部1981—1984年在全國范圍內學習推廣陜西等5省研制的區域化探樣品分析方法,使全國的區域化探樣品分析水平獲得了大幅度提高(地礦部勘查技術司,1992)。
1982年6月2~20日,湖南物探大隊和江蘇省地質局實驗室受地質部物化探局委托,在湖南邵陽物探隊舉辦光譜分析新方法推廣學習班。學員有來自27個省(或單位)的36名學員,學習光譜分析加罩電極法及光電譯譜儀的原理及使用方法。
1983年1月,江蘇省地質局實驗室沈瑞平研制出一種加罩電極載體蒸餾和電弧濃縮相結合的光譜分析方法,同時測定區域化探樣品中37種元素,方法的檢出限、精密度、準確度和分析效率可滿足區域化探樣品分析要求,在《地質論評》29卷第1期上發表了研究論文。
1983年10月4~9日,第一屆化探分析經驗交流會在西安召開,與會代表80名。
1983年11月,地礦部物化探所引進日本理學3080EII型X射線熒光光譜儀。用該儀器研制了24個主要元素、微量、痕量元素的測定方法,并在物化探所舉辦了三期X射線熒光光譜學習班,參加學習班的有來自全國約100個單位的200人(李國會,2003)。
20世紀80年代中期,物化探研究所中心實驗室研究、開發和建立的以X射線熒光光譜為主體的區域化探掃面樣品多元素(40個)分析系統在1: 20萬區域化探全國掃面計劃中發揮了重要作用,并將繼續作出貢獻。該分析系統組成如下:粉末壓餅(法)X射線熒光光譜法直接測定25個主、次、痕量元素(AI、Ca、Fe、K、Mg、Na、Si、Ba、Co、Cr、Cu、La、Mn、Nb、Ni、P、Pb、Rb、Sr、Th、Ti、V、Y、Zn、Zr),泡塑吸附石墨爐原子吸收光譜法測Au,石墨爐原子吸收光譜法測定Ag、Cd,火焰發射測定Li,比色法測定U,原子熒光光譜法測定As、Sb、Bi、Hg,發射光譜法測定B、Be、Sn,極譜法測定Mo和W,離子選擇性電極法測定F。
1985年8月21日,地礦部遼寧省局和湖南省局測試中心、地礦部第二綜合物探大隊和物化探所聯合研制的“1:5萬化探普查中分析方案的最優化選擇”通過鑒定,制足Jr以發射光譜法為主分析26種元素、其他方法為輔分析21種元素的分析方案,并提出了分析質量評價和監控方案(沈陽綜合巖礦測試中心,2003)。
1986年秋地礦部在云南昆明召開了“化探分析方法及配套方案經驗交流會”a1986年中國地質科學院實驗管理處再次組織武漢、沈陽、西安、南京4省局中心實驗室(儲亮儕,趙家仁,徐子培,許大興,王鶴齡等),聯合研制“第二代1:20萬區域化探樣品多元素(39個)分析方法和計算機數據采集系統”,建立了以x射線熒光光譜法和等離子光量計為主體的配套方法,在全國推廣應用,1990年獲地礦部科技成果二等獎。
截至1991年底,已完成約600個圖幅的樣品分析任務,大大加快了l:20萬區域化探掃面工作的進程(地礦部勘查技術司,1992)。
1989年地礦部勘查技術司發布推廣了《1:5萬區域地質調查及地球化學普查樣品分析方法及質量管理指導性規程》。
20世紀80年代末,在“七五”部控局管項目“應用于勘查地球化學某些痕量超痕量元素快速靈敏分析方法和技術的研究”中,研究開發和建立了水地球化學樣品多元素分析系統和植物地球化學樣品多元素分析系統(周麗沂,李國會,盧蔭庥,張錦茂,張文華等)。該項研究成果獲地質礦產部1993年科技成果二等獎。
水地球化學樣品多元素分析系統由PAN/CdS共沉淀預富集化學光譜法測定天然水中Cu、Pb、Zn、 Ag、 Mo、 Ni、 Cr、Co、V、Ti、 Mn、Be、 Ga、 Fe、Sn、 As、Sb、Bi 18種痕量金屬元素,溶劑(MIBK-TAA)萃取原子吸收光譜連續測定天然水中Ag. Cd、Fe、Cu、Pb. Zn、Co、Ni、Cr、Mn、In、Tl 12種元素,離子色譜法測定天然水中F-、CI-、Br-、I-、和硫酸根6種陰離子,原子熒光光譜法測定天然水中As和Sb的方法組成。
植物地球化學樣品多元素分析系統由植物粉末樣品壓餅制樣,x射線熒光光譜法直接測定Na、Mg. A1、Si、P、s、CI、K. Ca、Ti、Cr、Mn、Fe. Co、Ni、Cu、Zn、Pb、Rb. Sr、Mo、Ba、Br、V、 As 25個元素,火焰原子吸收光譜法測定K、Na、Ca. Mg_Mn、Fe_ Cu、 Zn,石墨爐原子吸收光譜法測定Ag. Au、Cd、Be. Co. Ni、Pb,以及熱水解離子色譜法測定CIBR和S組成。
20世紀90年代初和中期,在部科技項目“七種痕量元素野外(現場)快速分析方法和技術的研究”及嗣后的部新技術推廣項目中,研究開發和建立了一套野外(現場)地球化學多元素分析系統(盧蔭庥,王曉苓等),并很快在全國推廣。該分析系統不僅提供了一套在野外行之有效的、簡便快速靈敏的多元素分析方法,還配備了輕便的野外樣品加工工具,便攜式電子天平及可與微機聯機的交直流兩用便攜式光導比色計,野外適用的分析箱。其成果包括:①開發了一種新的金野外快速定量測定方法。樣品經室溫下冷浸分解,在同一份稱樣中連續測定痕量和常量金。測定范圍:w (Au)為(0. 0005~50)×10負6次方,跨6個數量級。低含量金用微珠比色測定;w(Au)為20xio-g以上者用光導比色(計)測定,既可測定痕量金,又可做金礦石中金的品位測定。②在野外于同一份稱樣中連續測定痕量和常量銀。測定范圍:訓(Ag)為(0. 010~50)×10的負6次方跨越4個數量級。
w(Ag)在0.25×10-6以上銀用光導比色測量;w(Ag)在0.25×10的負6次方以下的銀則用微珠析出法測定。③在同一份稱樣中連續測定Cu和Zno檢出限w(Cu)為(1~5)×10的負6次方,w(Zn)為5×10-6④氫化物發生(法)一光導比色法,在同一份樣品制備的溶液中同時或單獨測定:⑧As、Sb,⑥As、Pb,@As、Sb、Bi和③Bi。此法集元素分離、富集、顯色于一體,操作簡便、準確,成本低廉,同時亦適用于環境樣品中砷等元素的測定。檢出限w(As)一(0.5~1)×10-6,w( Sb)一0.1×10-6,w(Bi)一0.1×10-6,w(Pb)一(5~10)×10-6。該系統很快在地礦、冶金、有色、黃金等部門獲得推廣,并進入馬來西亞、泰國、秘魯、伊朗、蘇丹和玻利維亞等國家。截至2002年已推廣250臺套。
20世紀90年代中期,地礦部武漢綜合巖礦測試中心、巖礦測試技術研究所、山東省地礦局中心實驗室協作研制成的1: 20萬區域化探碳酸鹽巖類樣品分析配套方案,可檢出碳酸鹽巖主成分和30多個痕量元素,其檢出限等可以滿足巖石測量樣品分析要求,為一些省早已積存的大批碳酸鹽巖樣品分析提供了可靠的技術方法。
20世紀90年代中期,在中國開展的地球化學環境監控網絡計劃(項目)中,謝學錦提出:將中國區域化探樣品分析中必測的39個元素,納入國際地球化學填圖計劃中必須分析的49種元素分析系統中,再增加10個中國區域化探掃面計劃中未納入的元素(指標):LOI、S、Ga、Sc、Rb、Cs、Ce、Se、I和C1。在此計劃中,物化探所中心實驗室組織并具體實施了這- 49個元素分析系統,并取得了很好的礦產勘查和環境監控效果(周麗沂,李國會,盧蔭庥,張勤,孫曉玲等)。這一分析系統由X射線熒光光譜法測定Si、Al、Fe、Ca、Mg、K、Na、Mn、Ti、P、Cu、Pb、Zn、Cr、Ni、Co、Sr、Ba、Rb、Cs、Sc、Y、La、Zr、V、Nb、Th、Ce、S,原子熒光光譜測定As、Sb、Bi、Hg、Se,極譜法測定W、Mo,原子光學發射光譜法Sn、B、Be,原子吸收光譜法測定Ag、Cd、Li、Cs,激光熒光法測定U,化學預富集后石墨爐原子吸收光譜法測定Au,離子選擇性電極測定F,離子色譜法測定I、CI和重量法測定燒失量LOI組成。
20世紀末,在地礦部重點科技項目“勘查地球化學樣品中痕量貴金屬和稀散元素測試技術的研究”的研究開發中,建立了勘查地球化學樣品中痕量貴金屬和稀散元素配套分析系統(張勤,周麗沂,孫曉玲,范輝,任萍等)。它包括:①泡塑吸附一石墨爐原子吸收光譜測定痕量金;②等離子質譜法測定痕量金、鉑和鈀;③泡塑吸附一石墨原子吸收光譜法測定痕量鉈;④焙燒富集分離一氫化物原子熒光光譜法測定痕量硒;⑤焙燒富集分離一氫化物原子熒光光譜法測定痕量碲;⑥氫化物一原子熒光光譜法直接測定痕量鍺。
21世紀初前兩年,為了配合新一輪國土資源大調查,在“勘查地球化學樣品中76元素測試方法技術和質量監控系統的研究”項目中,物化探所和測試所研究開發建立了“76元素分析測試和監控系統”(張勤,周麗沂,孫曉玲,范輝,李冰等),并在分析測定實際樣品中進行了考驗和應用。這一系統的構成是:①等離子質譜法(ICP-MS)直接測定Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Bi、Ce、Co、Cs、Cu、La、Mo、Nb、Rb、Th、U、W、Y、Zn;②火試金預集分離,ICP-MS測定Au、Pt、Pd、Os、Ru、Rh、Ir;③ICP-MS測定Nb、Ta、Zr、Hf,④ICP-MS測定Ga、In、Tl、Re;⑤X射線熒光光譜測定Ga、Rb、Sc、Cl、Br、S、Ce,Si、Al、Fe、Ca、Mg、K、Na、 Ba、 Co、 Cr、 Cu、 La、 Mn、 Nb、 Ni、 P、 Pb、 Sr、 rh、 Ti、 V、 Y、 Zn、 Zr;⑥等離子光學發射光譜(ICP-OES)測定Al、 Fe、 Ca、 Mg、 Na、 K、 Ba、 Co、 Cr、Cu、 Li、 Be、 La、 Mn、 Nb、 Ni、 P、 Pb、 Sr、 Ti、 V、 Sc、 Y、 Zn;⑦原子吸收光譜測 定Au、Ag、Cd;⑧氫化物原子熒光光譜(HG-AFS)測定As、Sb、Bi、Se、Te、Ge;⑨冷蒸汽原子熒光光譜法( CV-AFS)測定Hg;⑩選擇性離子電極(SIE)測定F;⑩發射光譜(ES)測定B、Sn;⑥容量法(VOI-)測定C、N;⑩催化比色法(CF-COL)測定I。
在“浙江省農業地質環境調查”項目中,研究開發了土壤樣品配套分析方案和分析質量監控系統(張勤等),共分析54種指標;除1: 20萬區域化探掃面計劃中規定的39種元素外,考慮農業和環境的研究需要,增加分析13種元素(Br、C、Ce、CI、Ga、Ge、I、N、Rb、S、Sc、Se、Tl),以及有機碳和pH值。該分析方案的構成是:①內標法等離子質譜直接測定15種痕量和超痕量元素(Bi、Cd、Ce、Co、La、Mo、Nb、Pb、Sb、Sc、Th、Tl、U、W、Y);②粉末低壓聚乙烯鑲邊襯底壓片波長色散X射線熒光光譜法直接測定31個主、次、痕量元素(Ba、Br、Ce、Co、Cr、Cu、Ga、La、Mn、Nb、Ni、P、Pb、Rb、S、Se、Sc、Sr、Th、Ti、V、Y、Zn、Zr、Na20、K20、Mg0、Ca0、Fe2 03、A12 03、Si02);③氫化物一原子熒光光譜法測定As、Sb、Bi;④氫化物一原子熒光光譜法測定Se;⑤氫化物一原子熒光光譜法測定超痕量Ge;⑥冷蒸氣一原子熒光光譜法測定Hg;⑦泡沫塑料吸附富集一石墨爐原子吸收光譜法測定超痕量金;⑧發射光譜法測定Ag、B、Sn、Mo、Pb;⑨催化分光光度法測定I;⑩離子選擇性電極法測定F;①半微量凱氏法測定N;①氧化熱解一電位法測定總碳和有機碳(中國地質,第31卷增刊,2004)。
2000年12月9日,中國地質調查局向全國各地調院、有關實驗室測試中心發出“關于加強區域地球化學樣品測試質量管理的函”,針對當時區域化探樣品測試存在的問題,提出了5項技術及管理方面的要求,進一步提高區域化探樣品測試質量。
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