Question

勘查地球化学数据获取

Answer 1

第一手资料的获取，是勘查地球化学工作的一个重要环节。要获取勘查地球化学数据，就必须完成勘查设计、野外取样（部分工作可以在野外现场测试）、样品加工、分析测试等工作。

18.1.1 勘查设计

勘查设计的核心内容是编制勘查设计书。勘查设计书包括的主要内容有：勘查目的、勘查任务、勘查区或邻区的工作程度（以往工作经验、工作区地理、地形、地貌、地质、气候、植被和土壤覆盖等），设计勘查地球化学工作方法技术（按规范要求）并论证其有效性，以及经费预算和施工安排（时间、顺序、人员、后勤、安全等组织工作）等。

18.1.2 野外取样

野外取样方法的正确与否，直接影响到勘查地球化学工作质量的高低。岩石、土壤、水系沉积物、水文、生物、气体的取样方法各不相同，在勘查地球化学方法一章中已有介绍。

值得指出的是，近些年来，地学核技术在地球化学勘查中的作用越来越大，其中一个重要因素是地学核技术发展了一套野外现场快速分析测试技术。如便携式X射线荧光仪，可以对岩石露头、土壤、水系沉积物等介质在野外现场测试某些化学元素的含量，这就把野外取样、样品加工、测试分析流程简化到野外现场原位测试上来。

18.1.3 样品加工

除水样和某些现场的冷提取分析外，原始样品总要经过或多或少的加工才能进行分析。首先是除去水分，因为潮湿样品不但难以进一步加工而且极易发霉，不便运输和保管。其次是分出有效部分，最后研磨均匀以达到分析的要求。因为大多数分析方法只取很少的试样（称量）进行分析，如垂直电极光谱分析取40 mg左右，化学分析取250 mg左右等等。要使这样小的称量代表全样就必须使样品中待测元素分布非常均匀，一般天然状态是达不到如此高的均匀度的，只有靠人为的研磨才行。

化探样品的加工一般包括干燥、破碎、揉碎、过筛、淘洗、缩分、研磨、混合等等步骤，这些步骤的一定组合形成一种加工方案，加工方案视样品的性质、工作目的、分析方法而异，需要合理选择。

样品加工这一环节的重要性往往受到忽视，由此而引起的问题很难察觉，它经常被当作分析误差与取样误差处理了。因此，加工时更应小心防止问题的发生。

图18-1、图18-2分别为我国常用的岩石、土壤及水系沉积物样品的加工方案，这些方案已经过一二十年的大规模工作，证明是行之有效的，而且也比较简便。

图18-1 岩石样品加工方案

图18-2 土壤与水系沉积物样品加工方案

样品的干燥可用日晒或烘箱，如需分析汞及其他挥发成分，则不要使温度超过60 ℃；以免损失太多。对于粘土质样品，干后固结成块需要在干燥过程中不时搓碎之。

加工过程中最大的问题是污染。第一种情况是样品之间的污染，只要操作认真，而且加工按测点顺序进行就不会发生问题。第二种情况是样品被加工工具污染，尤以碾磨与过滤两道工序为甚。表18-1为不同磨盘机污染的对比。

表18-1 不同磨具污染试验结果

由表可见，钢磨引起显著的污染，而且随被碾物质的不同而变化。较硬的物质（如石英）引起的污染更重。由此可以推想，碾磨时间长也会有同样的结果，即会造成污染程度的变化，这对化探工作是最不利的。从表上也可看到瓷盘引起的污染极小，这并不是说瓷盘比钢盘硬，而是瓷盘本身不含上述微迹元素，所以采用高纯度的硬瓷磨具（高铝瓷磨具）是防止污染的好办法，我国有关单位已开始小批量生产这种设备。

筛子是另一个可能的污染源，其中铜筛，尤其是生锈、破损的细铜筛污染最甚。现在大多数工作已使用尼龙筛，污染问题当可解决。可尼龙筛易变形，孔目不是很可靠，需经常更换新的网布。小于150目的粉末，通常不用筛子，而根据手感决定，即用手指捏搓时，无粗糙感即可。

除了上述筛取细粒物质的常规方法外，有时需要采用去泥、淘洗、磁选等手续分离有用的粒级，这种方法一般用于特定的矿种，需根据当地的情况通过试验选用。

在加工样品时，还应注意下列几点：① 防止样品号码的错乱。② 不能随便更动加工方案，因为同一原始样品经过不同的加工方案，例如孔目不同，就能得出不同的含量。所以，至少一个工区要用同一方案，否则会产生系统偏差。③ 疏松物样品在第一次过筛前不要研磨，以保持样品的粒度比例。④ 注意改进加工工作的劳动条件，如搞好通风防尘，这不但对维护工人健康有利而且可以减少污染。⑤ 矿石样品与普通样品要严格地分用加工工具，最好不同一室。

18.1.4 分析测试

目前常用的地球化学分析方法有光学法、核技术法、色谱法、电化学法及其他方法。光学法包括分光光度计法、比色法、旋光测定法、比浊法、荧光测定法、振动光谱法、原子吸收光谱法、发射光谱法、电子探针与离子探针等；核技术法包括中子活化分析技术、辐射测量技术、γ射线光谱法、X射线荧光测定法等；电化学法包括电位法、电导法、极谱法等；色谱法中又有气相、液相与热解色谱法等；其他还有热分析法、动力、催化法等。据T.Braun统计，1979～1998年《分析化学》杂志论文中，各种方法在地球化学样品分析测试中所占比例是不同的（表18-2）。

表18-2 用于测定地球化学样品所使用的分析方法所占的比例（%）

在微量元素地球化学样品测试方面，X射线荧光光谱法（XRF）、中子活化分析（NAA）、等离子体光谱（ICP-AES）和等离子体质谱法（ICP-MS）是重要的测试手段。

X射线荧光光谱法（XRF）分析不破坏样品，对样品的要求不苛刻（固体、粉末、液体、植物、土壤等均可），可测试的浓度范围广，可以同时测定Na、Mg、Al、Si、Ca、As、Y、Zr、Nb、Sn、U、Th等30多种主要元素和微量元素。XRF法分析高含量样品时，相对偏差2%～5%左右；分析低含量样品时，相对偏差10%～20%；当被测元素接近探测限时，相对偏差可达50%以上。对于稀土元素，XRF法的检出限在（0.5～1）×10^-6之间，是区域化探分析的一种重要手段。

中子活化分析（NAA）分仪器中子活化分析（INAA）、超热中子活化分析（ENAA）、放射中子活化分析（RNAA）等。其中以INAA法应用最广。主要优点是不破坏样品、样品用量少、分析灵敏度高、精密度好、准确度高；对元素周期表中大多数元素的分析灵敏度在10^-6到10^-13之间，可同时测定下列元素：Na、Mg、Al、K、Ca、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ca、Ge、As、Se、Br、Rb、Sr、Zr、Nb、La、Ce、Nd、Sm、Eu、Tb、Yb、Lu、Au等。中子活化分析（NAA）灵敏度见表18-3。

表18-3 中子活化分析（NAA）灵敏度

和经典光谱相比，等离子体光谱（ICP-AES）检出限较高、分析精度好（百分相对标准偏差RSD%一般不大于10%）、干扰水平低、分析准确高度（系统误差一般不大于10%）、同时顺序多元素测定能力强、分析速度快。其中，稀土元素的检出限为：La（0.03）、Ce（0.12）、Pr（0.11）、Nd（0.08）、Sm（0.07）、Eu（0.009）、Gd（0.04）、Tb（0.4）、Dy（0.02）、Ho（0.02）、Er（0.02）、Tm（0.02）、Yb（0.005）、Lu（0.003）、Y（0.01）。

等离子体质谱（ICP-MS）法将等离子体作为质谱分析的离子源。和ICP-AES比较，其干扰更小，分析速度更快，检出限更低（特别是不同元素的ICP-MS检出限差别小），可在大气压下连续操作，灵敏度高出1～2个数量级（表18-4）。

表18-4 若干元素的ICP-MS检出限及与ICP-AES的比较（ng／ml）