淺析地層金屬元素檢測方法的原理及應用

何春蕾

摘 要：社會的生產經營離不開各類資源，尤其是金屬資源更是人類兩次工業革命的基礎。金屬資源廣泛存在于地球地層之中，如何有效開采，如何科學研究，如何加以利用，是多年來研究的重點。而金屬的利用需要進行元素的檢測、化驗、分析，基于此，本文將重點對當前主流的金屬元素檢測方法進行闡述，并就其定義、原理、應用進行介紹。

關鍵詞：金屬元素;實驗分析;極譜法;分光光度法

1 電感耦合等離子體質譜法

1.1概念及原理

電感耦合等離子體質譜法是二十世紀八、九十年代比較流行的一種檢測技術[1]。這類技術結合了等離子劑于質譜劑的優勢，用來測量無機元素和同位素，并且檢測的靈敏度十分高。

該技術采用的是數據搜集平臺、離子檢測器、質量分析系統，它與四極桿類儀器相近，等離子體與發射光譜使用的幾乎相同。同時，此方法的譜線相對簡潔，抗干擾的能力較強，和光譜技術來比較的話，線性范圍在6-10個數量級左右，具有引入方便，樣品制備省時省力的優勢。

1.2相關應用及特點

此項檢測方法的等離子體是離子源，他是質譜型元素分析法的一類。常常用在多類元素的統一檢測情況，可同其他檢測分析方法共同應用。測定過程中，首先需要將待檢元素樣品引入霧化系統，然后通過惰性氣體與高溫的作用，實現去電離、氣化解離和溶劑化，轉變為正離子。最終質譜儀將樣品進行分離，并根據譜峰的不同測定樣品中不同元素的基本含量。

2 極譜法

2.1概念及原理

我們常說的直流極譜法被大家簡稱為“極譜法”，它是利用控制電位的電解操作為基礎的一種各類元素檢驗測定方法。它的儀器結構與通常的電解裝置基本大體相同，由電解池、電流指示裝置，以及提供可變外加電壓的裝置等多個部件構成。

運用極譜法測定地質金屬元素時，首先需要將金屬試樣制備成含有Cd2+的試液[2]，再配制為電解液等待檢測，同時利用電解池，以滴汞電極為陰極，飽和甘汞電極為陽極對試樣進行電解。在電解過程中，需要實驗人員將電壓從0.1至1.0V之間逐漸提高，這項操作被叫做時極譜電解。最終以自動記錄的辦法繪制電解過程中的“極譜圖”。

2.2相關應用及特點

極譜法的應用有諸多特點，一是這種檢測方法不需要檢測器的支撐;二是它還適用于多種離子的同步分析，可以在一份試液中同時進行多個地質金屬元素的檢驗測定，較常見的是測定純Zn中的鎘和鉛[3];三是底液組分復雜操作繁瑣。極譜法的底液里含有除試液外的各種試劑，通常來說，配置底液要遵循一定原則，尤其是要抗干擾小、成本要低、便于配置等;四是可選擇性較差，極譜法分辨力較低，如兩種被檢測金屬元素試樣的半波電位相差小于100mV，則想要準確測定各個波高難度較大。

3 原子吸收光譜法

3.1概念及原理

原子吸收光譜法（AAS）從定義上來講也可以稱為原子分光光度法，這種元素檢測儀器分析方法的原理，是利用了金屬元素的“基態原子蒸氣”吸收自身特征譜線的特點，再由“特征譜線”的被減弱程度及相關譜線特征性來最終測定元素的含量數據，并對照指標形成結果[4]。

另一方面，從原理理論研究來看，“氣態原子”能夠吸收光輻射的特定波長這一理論是支撐原子吸收光譜法盛行的根本理論，尤其是“氣態原子”可以使原子的中、外層電子發生形態變化，也可以說原子中的電子能級體量不一樣，在吸收幅射光時展現的波長不同，但共振所吸收的波長與激發后發射的光譜一致，波長相等。當光源發射出的光經過原子蒸氣時，原子中的外層電子將選擇性的吸收其同種元素所發射的特征譜線，使入射光減弱。特征譜線因吸收而減弱的程度，在線性范圍內與被測元素的含量成正比。

3.2相關應用及特點

原子吸收光譜法具有多個特點，一是基本可以檢測全部元素，這種法方理論上來說可以直接檢驗測定地層中涵蓋的全部金屬元素;二是檢測結果的精度高，一般來說相對的檢測偏差僅在0.1-0.5%之間，這是因為空芯陰極燈產生的輻射而生成的特定光譜，只能被一小部分特定元素所吸收;三是具有很強的抗檢測干擾能力，這是因為火焰溫度的波動對發射光譜的譜線強度影響非常大，但對原子吸收光譜法的分析影響非常小;四是檢測操作便捷，原子吸收光譜分析的操作方法、原理、儀器等與分光光度分析十分相似，這對于多年從事金屬元素檢測的實驗人員來說非常友好，并且火焰原子吸收分析的效率也很高，也使這類檢測方法提高了檢測速度;五是檢測具有較高的靈敏度。通過采取“火焰原子化”的檢測方式，多數地層中的金屬元素的檢驗靈敏度可以達到ppm級別，另一部分金屬元素的檢驗靈敏度可以達到ppb級別。如果采用高溫石墨爐進行原子處理，它的靈敏度可以達到10-10-10-14g。由此可見，原子吸收光譜法的高靈敏度很適合進行金屬元素檢定與分析。

4 分光光度法

4.1概念及原理

分光光度法從原理上來講歸類于光譜分析法。而根據測定的光的波長來劃分，還可分為紅外分光光度法、可見分光光度法、紫外分光光度法這三大類。另一方面，從定義上來說指的就是通過被測物質在特定波長處，或者一定的波長范圍之內，對光的選擇性吸收特性而建立起的一種有效分析方法。

4.2相關應用及特點

分光光度法在地質金屬元素的檢驗測定工作中應用的較為廣泛，而且具有一定特點。從優點來說，這一檢測方法一是應用范圍廣，技術相對成熟;二是簡便高效，儀器不但便于操作和使用，而且價格低廉;三是相對誤差較小，結果準確，一般誤差在5%以下;四是具有較高的靈敏度，一般在10-5-10-6mol/L。缺點一是作痕量分析靈敏度較差;二是高濃度的應用誤差較大。

5 結語

綜上所述，在地球數十億年的演變過程中，地層中蘊藏了豐富的金屬礦產資源，為我國的現代化建設做出了不可磨滅的突出貢獻。科研人員尤其是地質金屬檢測人員應當堅定可持續發展理念，夯實基礎專業知識，科學運用各類金屬元素檢驗測定方法，為我國的能源供應與環保建設保駕護航，也同時為我國的經濟騰飛做出貢獻。

參考文獻：

[1]陳永紅，張雨，孟憲偉，蘆新根，王立臣，楊鳳萍.貴金屬元素化學檢測標準方法中精密度應用解析[J].黃金，2020，41（09）：123-127.

[2]姜娟娟.地質樣品中重金屬元素測定方法實驗研究[J].世界有色金屬，2019（17）：167+169.

[3]李瑩希.多目標生態地球化學地質樣品部分金屬元素檢測項目分析方法的選擇[J].世界有色金屬，2019（14）：173+175.