石英對于X衍射儀測量紅土中粘土礦物的影響

賀 蕊

（云南師范大學旅游與地理科學學院，昆明 650500）

石英對于X衍射儀測量紅土中粘土礦物的影響

賀 蕊

（云南師范大學旅游與地理科學學院，昆明 650500）

粘土礦物分析對于地質學研究具有重要的意義，同時對于成土環境的形成具有一定的指示意義。運用X衍射儀對礦物分析是有效可行的辦法，選取滇東地區典型石灰巖紅土和玄武巖紅土進行X衍射儀分析，發現石英的含量對于粘土礦物衍射圖譜的形成具有強烈的影響，去除石英之后，檢測出石灰巖紅土中含量較弱的高嶺石、白云母；玄武巖紅土中含量較弱的蒙脫石、針鐵礦。通過對去除石英前與去除石英后衍射峰值的比較分析，可知：（1）石英含量較低情況下也會出現較強峰值；（2）去除石英之后，可以檢測出土壤中含量較弱的粘土礦物。

粘土礦物；X衍射儀；紅土

土壤的粘土礦物的種類以成土母質及其成土過程相關，各種粘土礦物在適當的環境下可以相互的轉換。[1]1因此土壤粘土礦物的鑒定，對于土壤形成環境具有重要的指示意義。由于粘土礦物以晶體礦物為主，當X射線攝入粘土礦物晶格內會產生衍射現象，不同的粘土礦物和晶格構造會形成不同的衍射峰值，將衍射圖譜與數據庫中的標準卡片進行對比識別其晶相,以此可以對于物質進物相、定性和定量分析。[2-3]、[4]1、[4]4因此運用X衍射儀對于礦物的鑒定較為簡便,具有速度快，精度更高的優點。[5-6]但是在成土過程中粘土礦物晶粒細微，結晶程度低，同晶置換現象普遍。[1]1因此對于粘土礦物的測定存在一定的困難。因此，除了對于儀器條件的選擇和圖譜的分析之外，對于樣品的前處理也是重要的操作步驟。[7]在我國南方紅壤區，土壤發育于不同的母質上，以第四紀紅色粘土，花崗巖、玄武巖、石灰巖、砂巖、頁巖、片巖等風化物較為普遍，[1]1含有大量的粘土礦物、石英、鐵質新生體等。[8]本文選取滇東高原分布最廣的碳酸鹽巖紅土和玄武巖紅土,探討前處理除去石英前后,對于粘土礦物測量的影響。

1 材料與方法

1.1 供試材料

實驗所用樣品均采自云南省滇東高原地區，選取滇東高原典型石灰巖紅土和玄武巖紅土。其中，石灰巖紅土采自宣威市菱角鄉公路邊，大坡鄉巖竹村周邊，共2個樣品，分別命名為SHYHT-01、SHYHT-02。玄武巖紅土采自宣威市德澤鄉牛欄江公路沿線、德澤鄉小江村周邊地區，共2個樣品，分別命名為：XWYHT-01、XWYHT-02。

1.2 石英去除方法

本文粘粒提取方法參照文獻：稱取過2mm篩的風干供試樣品50～100g，置于高腳燒杯中加水濕潤，依有機質的多少而定，加入6%的過氧化氫溶液，去除土壤中的有機質。加入0.2mol/L的鹽酸溶液，不斷倒去上層清液，去除土壤中的碳酸鹽，再繼續用0.05mol/L的鹽酸洗至無鈣。將樣品用蒸餾水洗入1L高腳燒杯中，在燒杯外壁5cm和15cm處各劃一條線，加水定容至頁面上升達15cm處，用玻璃棒正反方向反復攪拌1～2min，使得樣品在高腳燒杯中均勻分布，攪拌停止，即為沉降時間開始，運用斯篤克定律計算粘粒（粒徑小于2μm）的沉降時間，在室溫下沉降7個小時，用虹吸法抽取粘粒部分，用離心機分離粘粒與液體，反復操作此步驟，直到懸液澄清為止。為了保護樣品晶格不被破壞，樣品在50℃以下烘干制樣。[9]

1.3 衍射儀測量方法

樣品測試所用設備為用PANalytical X'Pert3Powder X射線衍射儀，樣品的處理和測試工作均在云南師范大學旅游與地理科學學院實驗室完成。用瑪瑙研缽將樣品粘粒研制均勻，用樣品勺將樣品裝至載玻片樣品槽內，運用背壓法將樣品均勻壓緊成型上機進行測量。測試條件：發散狹縫與散射狹縫分別為：1/8°，1/2°，接收狹縫為7.5mm，掃描范圍為3°～80°。工作電流電壓40kV/40mA，設置測定模式為Bragg-Brentano HD模式，PHD值為50～60，在此種條件下測試土壤中所含粘土礦物種類。

1.4 數據處理

X衍射儀數據處理軟件為X’Pert HighScore。

2 結果與分析

2.1 去除石英土壤粘土礦物分析

選取粘土礦物衍射曲線作為比較參數，將數據庫中所含礦物與所測樣品對于，比較與分析去除石英前后，對于兩種土壤測量對比結果的影響。

圖1 石灰巖紅土全礦物衍射曲線

圖2 石灰巖紅土粘土礦物曲線

石灰巖紅土去除石英前后，所呈現的礦物成分衍射曲線對比圖可以看出，去除石英之前（圖1），SHYHT-01樣品經過衍射儀測定出的粘土礦物主要有：斜綠泥石和三水鋁石，其中石英衍射峰強度較大，但兩者的衍射峰值較弱；SHYHT-02樣品經過衍射儀測定的粘土礦物有：高嶺石、三水鋁石、白云母，與SHYHT-01樣品同樣擁有較強的石英衍射峰值，其余粘土礦物的衍射峰值較弱。去除石英之后（圖2），SHYHT-01樣品中的粘土礦物峰值明顯增強，同時檢測出樣品中含量較弱的高嶺石、白云母、赤鐵礦等；SHYHT-02檢測出樣品中含量較弱的斜綠泥石、赤鐵礦等。

圖3 玄武巖紅土全礦物衍射曲線

圖4 玄武巖紅土粘土礦物衍射曲線

玄武巖紅土去除石英前后，所呈現的礦物成分衍射曲線對比圖可以看出，去除石英之前（圖3），XWYHT-01樣品經過衍射儀測定出的粘土礦物主要有斜綠泥石和白云母，其中石英衍射峰強度較大，但兩者的衍射峰值較弱；XWYHT-02樣品經過衍射儀測定的粘土礦物只要有白云母，與XWYHT-01樣品同樣擁有較強的石英衍射峰值，其余粘土礦物的衍射峰值較弱。去除石英之后（圖2），XWYHT-01樣品中的粘土礦物峰值明顯增強，同時檢測出樣品中含量較弱的三水鋁石、蒙脫石、針鐵礦等；XWYHT-02檢測出樣品中含量較弱的斜綠泥石、三水鋁石、蒙脫石、白云母等。

2.2 影響粘土礦物檢測石英含量分析

圖5 影響粘土礦物檢測石英含量分析（a.石英占樣品量的49%，b.石英占樣品量的50%）

選擇結晶度較好的氫氧化物三水鋁石作為代表粘土礦物，樣品中僅含有單獨的兩種物質，三水鋁石和石英時，檢測石英含量對于粘土礦物成像的影響。當石英含量占樣品量的49%時，可以發現，三水鋁石仍有較明顯的峰值出現，石英峰值雖然出現，但是相對較弱，不影響三水鋁石的檢測（圖a）。當石英含量占樣品量的50%時，可以發現石英已經形成了較強的峰值，相對來說三水鋁石的峰值較小，很難辨認出三水鋁石的存在。

3 討論

衍射光的強度與晶體內的原子類型和位置有關，所以每種晶體物質都有自己的衍射圖。[10]這就為我們運用X衍射測量粘土礦物提供了理論依據，但是粘土礦物在成土過程中，結晶程度較差，并且粘粒部分在土壤中所占的比例較小，由于衍射峰值與與樣品中所含的物質有關，樣品中含量較低的物相，衍射強度也較弱，加上背景值，更難以察覺有些物相的衍射峰。[4]1、[4]4不論是石灰巖紅土還是玄武巖紅土，從衍射峰上可以看出，去除石英之前，由于石英的衍射峰值過于高掩蓋掉了一些高嶺石，蒙脫石等一些粘土礦物的峰值，當樣品中含有少量的石英時，也會產生明顯的衍射峰，[11]衍射儀便不能很好的檢測出紅土中所含的粘土礦物成分。當結晶程度較好的三水鋁石與石英形成混合樣品時也可發現，石英與粘土礦物相對含量的大小，直接影響到粘土礦物衍射峰的強度，經過實驗我們發現，當樣品中只含有單獨的三水鋁石和石英時，石英占樣品的50%時，便已經影到三水鋁石衍射峰的形成。自然界形成的土壤粘粒部分形成不同的礦物，不是單一的礦物所在，對于結晶程度較差的蒙脫石和高嶺石樣品來說，石英的含量對于樣品粘土礦物的鑒定影響更大。

4 結論

土壤粘土礦物的分析對于土壤的形成和鑒別具有一定的指示意義，運用X衍射儀直接檢測粘土礦物時，土壤中石英會影響土壤中粘土礦物峰值的出現，若土壤中含有三水鋁石，當石英的相對含量為50%時，便會影響三水鋁石峰值的出現，運用沉降法前處理去除石英之后,可以明顯看出,X衍射儀可以檢測出被石英峰壓制的蒙脫石,高嶺土等粘土礦物。

這些為土壤風化程度也不高時具有代表性的粘土礦物。若通過粘土礦物來分析土壤性質，建議測量之前去除土壤中影響較大的石英，以便得到更精確的結果。

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[責任編輯劉貴陽]

Abstract: Clay mineral analysis has an important significance for the study of geology and has certain significance to the formation of soil environment. By using the X-Ray diffraction Analysis of mineral analysis is feasible and effective way, To select the area of typical Carbonate laterite and Basalt laterite was analyzed by X diffraction and found the quartz content has a strong influence on the formation of clay minerals diffraction. After remove of quartz, detect the content of clay in the weak Carbonate laterite of kaolinite,muscovite; Basalt laterite content in weak goethite, montmorillonite. Through the comparative analysis on before remove of quartz and after remove of the quartz diffraction peak∶ (1) There will be strong peak under the condition of low content of quartz; (2) After remove of quartz, can detect weak soil clay mineral content.

Key words: Clay minerals; X-Ray Diffraction Analysis; Laterite

Effect of Quartz on Clay Minerals in Laterite Measured by X-Ray Diffraction Analysis

HE Rui
(Tourism and Geographical Sciences college of Yunnan Normal University, KunMing 650500, China)

O657

A

1008-9128（2017）05-0122-012

10.13963/j.cnki.hhuxb.2017.05.033

2017-05-17

賀蕊（1992-），女，河南信陽人，碩士生，研究方向：第四紀地質地貌。