離子色譜在地質(zhì)礦物快速測定中的應(yīng)用

陳玉環(huán)

（新疆地礦局第一地質(zhì)大隊實驗室，新疆 昌吉 831100）

針對地質(zhì)礦物快速測定是分析地質(zhì)礦物中金屬元素的有效途徑，在我國，針對地質(zhì)礦物快速測定的研究起步較早，在20世紀(jì)60年代初期，波蘭克拉科夫礦冶學(xué)院格日麥克教授采用電感耦合等離子體發(fā)射光譜法，從中提取銅精粉、鉛精粉以及鋅精粉三種精礦粉，取得了一些研究成果，并于1960年在波蘭獲得兩項專利。在傳統(tǒng)地質(zhì)礦物快速測定工作中，首先需要到野外進(jìn)行礦產(chǎn)資源地質(zhì)勘查，再將在野外所采集的地質(zhì)礦物樣品帶回到實驗室進(jìn)行金屬元素含量測定[1]。離子色譜可進(jìn)行低成本的多元素分析，適用于測定地質(zhì)礦物礦石樣品中的痕量元素。通過Element Finder插件驅(qū)動，減少方法開發(fā)的時間，使用戶不必再選擇波長。離子色譜法測定對地質(zhì)礦物進(jìn)行快速測定的工作原理為：通過中階梯二維分光系統(tǒng)以及防溢出背照式百萬像素CCD檢測器，結(jié)合多種背景校正技術(shù)，得出光譜分析譜線，通過分析譜線以及計算檢出限，進(jìn)而實現(xiàn)對地質(zhì)礦物中金屬元素含量的精準(zhǔn)測定，得出測定具體結(jié)果。考慮到傳統(tǒng)地質(zhì)礦物快速測定存在測定精度不足的問題，采用離子色譜對地質(zhì)礦物進(jìn)行快速測定，可以通過更短的時間得到更加精準(zhǔn)的測定結(jié)果。

因此，本文致力于通過離子色譜在地質(zhì)礦物快速測定中的應(yīng)用，基于離子色譜縮短測定周期，促進(jìn)我國礦產(chǎn)行業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。本文以離子色譜為核心方法的前提條件，對地質(zhì)礦物進(jìn)行快速測定[2]。盡可能的在具備經(jīng)濟(jì)效應(yīng)的基礎(chǔ)上，得到精準(zhǔn)度最高的測定結(jié)果，從而滿足對地質(zhì)礦物快速測定的期望要求。

1 離子色譜在地質(zhì)礦物快速測定中的應(yīng)用

在本文提出的基于離子色譜的地質(zhì)礦物快速測定中的應(yīng)用中，結(jié)合地質(zhì)礦物快速測定的基本要求，主要針對離子色譜在地質(zhì)礦物快速測定中的4點主要應(yīng)用進(jìn)行研究。具體研究內(nèi)容，如下文所示。

1.1 選擇離子色譜測定儀器

運(yùn)用離子色譜進(jìn)行地質(zhì)礦物快速測定過程中，必須對離子色譜測定儀器進(jìn)行選擇。本文選擇的的離子色譜測定儀器設(shè)備以及連接的順序，如圖1所示。

圖1 離子色譜測定儀器連接方式示意圖

在圖1中各，離子色譜測定儀器設(shè)備分別為：1指的是廢液槽；2指的是泵；3指的是第一效蒸發(fā)器；4/10/16指的是廢液蒸汽流出口；5/11/17指的是廢液流入口；6/12/18指的是加熱蒸汽入口；7/13/21指的是加熱蒸汽流出口；8/14指的是廢液流出口；9指的是第二效蒸發(fā)器；15指的是第三效蒸發(fā)結(jié)晶器；19指的是蒸發(fā)殘液流出口；20指的是結(jié)晶鹽流出口；22指的是焚燒爐；23指的是廢熱回收爐。以及其它超聲震蕩設(shè)備、快速測定系統(tǒng)、離子色譜儀、分離柱等。

在選定離子色譜測定儀器的基礎(chǔ)上，確定選擇離子色譜測定儀器中離子色譜條件，為離子色譜在地質(zhì)礦物快速測定中的應(yīng)用提供硬件支持。

1.2 確定地質(zhì)礦物離子色譜條件

由于地質(zhì)礦物中大部分陽離子處于完全分離的狀態(tài)下，只有極少部分的陽離子會滯留時間過長，進(jìn)而導(dǎo)致快速測定的結(jié)果與實際誤差大[2]。

因此，必須通過離子色譜確定地質(zhì)礦物離子色譜條件，最大限度上避免地質(zhì)礦物中陽離子相互作用。確定地質(zhì)礦物離子色譜條件的具體流程為：首先，采用酸性較弱的淋洗液消除地質(zhì)礦物中存在相互作用的陽離子對快速測定結(jié)果帶來的干擾；而后，在保證地質(zhì)礦物中所有陽離子均處于完全分離狀態(tài)的基礎(chǔ)上，對地質(zhì)礦物中的陽離子進(jìn)行分析；最后，運(yùn)用離子色譜的色譜柱確定地質(zhì)礦物離子色譜條件。在確定地質(zhì)礦物離子色譜條件的過程中，基于離子色譜的有效應(yīng)用，能夠提高地質(zhì)礦物中陽離子分離的速度，進(jìn)而提高地質(zhì)礦物快速測定的效率。

1.3 離子交換平衡

在地質(zhì)礦物快速測定中，為實現(xiàn)離子交換平衡，必須對離子色譜應(yīng)用在地質(zhì)礦物快速測定中的選擇性系數(shù)進(jìn)行計算。設(shè)離子色譜應(yīng)用在地質(zhì)礦物快速測定中的選擇性系數(shù)為k，則其計算公式，如公式（1）所示。

在公式（1）中，s指的是選擇的淋洗液內(nèi)部體積；w指的是離子交換劑交換容量。通過公式（1）可以看出當(dāng)淋洗液內(nèi)部體積增大時，離子色譜應(yīng)用在地質(zhì)礦物快速測定中的選擇性系數(shù)也會隨之增大[3]。

因此，要盡可能的采用最低濃度的淋洗液才能提高地質(zhì)礦物測定的速度。與此同時，在淋洗液濃度降低的情況下，地質(zhì)礦物中金屬離子的導(dǎo)電性能也隨之降低。本文通過在淋洗液中添加分離柱填料，進(jìn)一步提高檢測儀器對地質(zhì)礦物中金屬離子的靈敏度。為高壓離子色譜提供交換劑，進(jìn)而實現(xiàn)離子交換平衡。

1.4 繪制地質(zhì)礦物離子色譜圖標(biāo)準(zhǔn)曲線

在實現(xiàn)離子交換平衡的基礎(chǔ)上，繪制地質(zhì)礦物離子色譜圖標(biāo)準(zhǔn)曲線。參照離子色譜中的譜線庫和光譜干擾信息，對地質(zhì)礦物混合標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行波長掃描,觀察譜線干擾情況，從而選出無干擾或干擾較小且信背比較高的光譜線作為分析線。

完成以上操作后，通過繪制液體狀樣品的熒光光譜曲線，圈定X射線熒光光譜異常。設(shè)地質(zhì)礦物中金屬元素的異常下限為X，則地質(zhì)礦物中金屬元素的異常下限計算公式，如公式（2）所示。

在公式（2）中，指的是地質(zhì)礦物中的背景值；K指的是空白值，為常數(shù)；S指的是對數(shù)標(biāo)準(zhǔn)離差。本文采用±2.0倍的平均值標(biāo)準(zhǔn)差界來確定異常下限。而后，根據(jù)公式（2）計算結(jié)果中的各金屬離子的峰面積及相應(yīng)的濃度檢測結(jié)果，將數(shù)據(jù)結(jié)果擬合成曲線圖形。對標(biāo)準(zhǔn)的曲線，以計算地質(zhì)礦物離子色譜圖標(biāo)準(zhǔn)曲線平方差的方式依次進(jìn)行一階求導(dǎo)。則平方差的計算公式，如公式（3）所示。

在公式（3）中，Q指的是地質(zhì)礦物離子色譜圖標(biāo)準(zhǔn)曲線的平方差；n指的是離子色譜點數(shù)，x1和x2指的是地質(zhì)礦物離子色譜圖中兩個的標(biāo)準(zhǔn)色譜。

結(jié)合圖1所示，兩段地質(zhì)礦物離子色譜的匹配程度與夾角之間呈反比例關(guān)系。在此基礎(chǔ)上，設(shè)夾角為α，則α的計算公式，如公式（4）所示。

在公式（4）中，i指的是地質(zhì)礦物離子色譜圖標(biāo)準(zhǔn)曲線條數(shù)，為實數(shù)。通過公式（4）可知，匹配的程度越高，夾角越小，即兩段地質(zhì)礦物離子色譜的匹配程度越高。

綜上所述，運(yùn)用離子色譜在進(jìn)行地質(zhì)礦物快速測定中，由于計算待測物質(zhì)濃度的過程十分復(fù)雜，本文建議選取相對較低的濃度對地質(zhì)礦物離子進(jìn)行檢測。這樣一來，在保證地質(zhì)礦物快速測定精度的同時，提高地質(zhì)礦物快速測定的效率。

2 結(jié)束語

本文通過對離子色譜在地質(zhì)礦物快速測定中的應(yīng)用進(jìn)行分析，以提高地質(zhì)礦物測定的準(zhǔn)確率為最終目的進(jìn)行研究。通過以上研究表明，將離子色譜應(yīng)用在地質(zhì)礦物快速測定中具備極高的有效性，因此，離子色譜在地質(zhì)礦物快速測定中的應(yīng)用能夠為地質(zhì)礦物快速測定提供更加廣闊的發(fā)展空間。

希望本文的研究能夠引起更多學(xué)者對地質(zhì)礦物快速測定的關(guān)注度，加大離子色譜在地質(zhì)礦物快速測定中的應(yīng)用力度，為地質(zhì)礦物快速測定提供理論依據(jù)。

在未來的地質(zhì)礦物快速測定中，隨著離子色譜的逐步發(fā)展，有理由相信離子色譜將發(fā)展成為全國最先進(jìn)的地質(zhì)礦物快速測定技術(shù)。