化探知識
化探初創(chuàng)期的野外快速分析技術(shù)——冷提取比色分析
文章來源:地大熱能 發(fā)布作者: 發(fā)表時間:2021-11-04 14:34:42瀏覽次數(shù):1425
勘查地球化學(xué)家為了發(fā)現(xiàn)和追蹤化探異常,在工作區(qū)現(xiàn)場(或駐地),在室溫條件下提取樣品中的元素,并用比色分析法測定其含量,以查明元素異常,這便是化探初創(chuàng)期的野外(現(xiàn)場)快速分析技術(shù)——冷提取比色分析法。
中國第一個化探籌備組于1952年成立,隸屬于原地質(zhì)部地礦司,規(guī)模不大。成立之初,因為缺乏經(jīng)驗,主要任務(wù)是學(xué)習(xí)、引進蘇聯(lián)及歐美的地球化學(xué)探礦方法技術(shù),并進行跟蹤研究,最典型的是利用冷提取比色分析法開展化探試驗。由于研究工作緊密結(jié)合探礦實際,在一些不同類型的礦區(qū)試驗化探方法的有效性,很快便取得了令人振奮的成果。最具代表性的是,在陜西安康牛山進行的土壤銅量測量,其結(jié)果否定了當時對這個地區(qū)銅礦遠景的樂觀估計;在山西中條山進行的土壤銅量測量,圈出了規(guī)模很大的銅異常,與其后鉆探圈定的銅礦吻合(謝學(xué)錦,施俊法,2003)。
1957年,原地質(zhì)部物探研究所成立后設(shè)置的化探研究室,采取“同時引進蘇聯(lián)和歐美的化探方法技術(shù),比照學(xué)習(xí),開展研究”的工作方針。因此,化探研究室成立光譜實驗室,以跟蹤蘇聯(lián)開展的光譜半定量分析;成立化學(xué)分析實驗室,以跟蹤北歐、美國進行的野外冷提取快速比色分析。此后,多元素快速比色分析技術(shù)、水平電極撒樣光譜半定量分析系統(tǒng)的研究及化探方法的野外試驗,均得到了空前的加強和發(fā)展(謝學(xué)錦、施俊法,2003)。
冷提取一比色分析法的優(yōu)點是:設(shè)備簡單輕便,方便現(xiàn)場操作,當場測出結(jié)果,及時檢查異常,避免長途運樣,在最短的時間內(nèi)便可對異常進行初步的評價。冷提取技術(shù)主要應(yīng)用在以下幾個方面:
1)檢查和追蹤化探異常。在區(qū)域地質(zhì)測量和礦產(chǎn)普查中,對光譜分析發(fā)現(xiàn)的元素異常,運用冷提取技術(shù)進行現(xiàn)場驗證,并進一步追蹤異常源,以查明形成異常的地質(zhì)成因或地質(zhì)體。
2)在現(xiàn)場或駐地進行冷提取分析,直接圈定化探異常。在一些條件非常艱苦的地區(qū),不可能及時取得光譜分析或化學(xué)分析數(shù)據(jù),此時,利用冷提取分析可及時獲得數(shù)據(jù),圈定異常。此法在尋找銅和多金屬化探異常時很有成效。
3)冷提取方法可作為地質(zhì)和化探工作者的眼睛,幫助他們進行地質(zhì)觀察,以發(fā)現(xiàn)肉眼看不見的礦化和其他有價值的地質(zhì)現(xiàn)象。
20世紀50~60年代,物探所化探室的研究人員,在研制野外快速分析方法-、進行地球化學(xué)探礦試驗方面做出了重大貢獻(李美生,2003)。經(jīng)統(tǒng)計,該室先后約有20多位研究人員參加過研究或試驗工作,出版了3集《地球化學(xué)快速分析匯編》(1959,1960,1961年),1964年又出版《地球化學(xué)探礦野外快速分析方法文集(1)》,還不時有新的研究論文發(fā)表在《地球物理與地球化學(xué)探礦研究報告》報道中,累計發(fā)表的論文超過50篇,涉及巖石、土壤、礦物、天然水、沉積物、植物等樣品中Cu、Pb、Zn、Ni、Mo、Ag、Au、Ti、As、Ca、Co、Cd、Se、Nb、Hg、Cr、Mn、V、W、Mg、Ta等20多種元素的測定。從早期單一的冷提取,發(fā)展到使用熱溶甚至熔融法分解樣品,測定方法也從單一的比色法,發(fā)展到使用滴定法、萃取比色法、紙色層分離一比色法等許多新的方法技術(shù)。
不難看出,上述研究成果,幾乎吸收了當時分析化學(xué)中最先進的分離、分析技術(shù)?;绞业难芯咳藛T還獨自設(shè)計加工了測砷斑點儀、雙閥門移液管等具有自主知識產(chǎn)權(quán)的設(shè)備;合成了金的靈敏測定試劑——硫代米蚩酮,并用其研制了檢出IO ng/g金的野外快速測定法。此洼雖不能滿足化探工作的要求,但硫代米蚩酮的引入和合成,為中國后來金的野外測定方法的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)‘(李美生,2003)。
應(yīng)當提到的是,在50年代,我國地質(zhì)部門還出現(xiàn)過另一含義的“野外化學(xué)分析法”。
它始見于蘇聯(lián)著名學(xué)者波波夫的著作《野外化學(xué)分析法》(波波夫著,水志良譯,1955)。
此書在中國的發(fā)行,對我國野外化學(xué)分析的發(fā)展無疑是一種推動,但書中記述的內(nèi)容,包括實驗器具乃至分析方法,現(xiàn)今已基本過時。其后,地質(zhì)出版社又出版了我國專家編著的《野外化學(xué)分析法》(地質(zhì)部蘭州中心實驗室,1958),記錄了當時野外地質(zhì)實驗技術(shù)的真實水平。但書中所論的“野外化學(xué)分析法”,是指在勘探或普查隊駐地附近建立實驗室(站),進行常規(guī)分析工作所使用的方法。分析方法以化學(xué)分析法為主,目的是為了及早提交礦區(qū)勘探或普查樣品的分析結(jié)果,以便及時部署后續(xù)工作。這類實驗室,一般有水、電,能制作純水,有一些較好的實驗器具。初期以化學(xué)分析(滴定分析)為主,其后購置、配備了分析天平,一些中小型分析儀器,如光譜儀、極譜儀、原子吸收光譜儀、比色計等,儀器分析法和化學(xué)分析法配套使用,從而使分析項目不斷擴大,不僅能測定常量元素,而且可測定微量元素,至少可以開展10多個礦種中數(shù)十個項目的測定分析,有的實驗室還可進行巖石組合分析和全分析。但這種由隊級實驗室進行的分析工作,從嚴格意義上來說,與化探野外快速分析技術(shù)相距甚遠,不具“野外分析”的真正含義。
1966 ---1969年,謝學(xué)錦、徐豐孚、林存山等領(lǐng)導(dǎo)、組織研制了LT -1型、LT-2型冷提取分析箱,箱中盛放的實驗器具大部分為塑料制品,輕便、耐用。1967年,謝學(xué)錦、徐豐孚等根據(jù)用戶反饋的意見,又重新設(shè)計、制造了LT-3型冷提取分析箱,更多地采用了聚乙烯塑料制品,試劑瓶增加了具有彎嘴的內(nèi)壓蓋,可有效防止液體試劑泄漏,試管架也改成帶孔的塑料盒,測定的項目增加到七種:Cu、Pb、Zn、Co、Ni、As、P,還可測定重金屬總量。1967年開始批量生產(chǎn)LT-3型冷提取分析箱,到1980年共生產(chǎn)500多套。舉辦冷提取方法技術(shù)推廣培訓(xùn)班多期,受訓(xùn)人員多達400余人次。
1976年,由中國地質(zhì)科學(xué)研究院物探研究所和江西省地質(zhì)局第一物探大隊合作編印的《冷提取分析技術(shù)在地質(zhì)找礦中的應(yīng)用實例》(地質(zhì)科學(xué)研究院物探研究所,江西省地質(zhì)局第一物探大隊,1976),刊登了《冷提取砷斑點法在水系沉積物測量中的應(yīng)用》(江西省地質(zhì)局第一物探大隊),《運用冷提取巖石測量快速評價斷裂帶含礦性》(湖北省地質(zhì)七 隊),《冷提取方法技術(shù)在吉林某銅礦床上的應(yīng)用》(吉林省物探隊),《貴州從江地區(qū)用冷提取方法找到了銅礦》(貴州物探隊),《應(yīng)用冷提取方法發(fā)現(xiàn)的一個多金屬礦》(江西省地質(zhì)局物探隊),《磷的冷提取分析方法應(yīng)用效果》(江西省地質(zhì)局第一物探大隊),《鉬的冷提取技術(shù)在土壤測量中的應(yīng)用》(江西省地質(zhì)局第一物探大隊),《鎳、鈷冷提取測定技術(shù)在水系沉積物測量中的應(yīng)用》(江西省地質(zhì)局第一物探大隊)等利用冷提取技術(shù)在找礦方面的應(yīng)用成果,總結(jié)了冷提取技術(shù)在這一歷史時期取得的成績。
根據(jù)公開發(fā)表的資料,在青海、江西、湖北、吉林、貴州等省用冷提取分析箱都找到了工業(yè)礦床。冷提取分析技術(shù)及分析箱也因此而獲得1978年全國科學(xué)大會獎。
隨著化探技術(shù)的發(fā)展和要求的提高,冷提取分析技術(shù)的不足之處也日益顯露。主要有:①由于所用提取劑化學(xué)性質(zhì)較弱,試樣分解不完全,特別是與一些難溶的礦石、礦物共存的元素,因樣品分解不全而無法檢出;②靈敏度低,檢出限不能滿足化探的要求(如金、銀等貴金屬及若干探途元素如砷等);③缺少樣品的加工工具、稱量器具,無法保證樣品的均勻性及稱量的準確性。
因地球化學(xué)探礦研究工作的深入,特別是野外采樣量的加大,到20世紀70年代初期,已不再強調(diào)在野外用冷提取方法,而是將所采集的樣品送回實驗室進行分析。最初用光譜半定量分析測定10~20多種元素,后來引進了原子吸收光譜儀,可在定量水平上測定許多元素,使分析測定的效率、準確度有極大的提高。當光譜分析發(fā)現(xiàn)元素異常時,再去野外實地用冷提取技術(shù)進行異常查證和異常追蹤。
中國第一個化探籌備組于1952年成立,隸屬于原地質(zhì)部地礦司,規(guī)模不大。成立之初,因為缺乏經(jīng)驗,主要任務(wù)是學(xué)習(xí)、引進蘇聯(lián)及歐美的地球化學(xué)探礦方法技術(shù),并進行跟蹤研究,最典型的是利用冷提取比色分析法開展化探試驗。由于研究工作緊密結(jié)合探礦實際,在一些不同類型的礦區(qū)試驗化探方法的有效性,很快便取得了令人振奮的成果。最具代表性的是,在陜西安康牛山進行的土壤銅量測量,其結(jié)果否定了當時對這個地區(qū)銅礦遠景的樂觀估計;在山西中條山進行的土壤銅量測量,圈出了規(guī)模很大的銅異常,與其后鉆探圈定的銅礦吻合(謝學(xué)錦,施俊法,2003)。
1957年,原地質(zhì)部物探研究所成立后設(shè)置的化探研究室,采取“同時引進蘇聯(lián)和歐美的化探方法技術(shù),比照學(xué)習(xí),開展研究”的工作方針。因此,化探研究室成立光譜實驗室,以跟蹤蘇聯(lián)開展的光譜半定量分析;成立化學(xué)分析實驗室,以跟蹤北歐、美國進行的野外冷提取快速比色分析。此后,多元素快速比色分析技術(shù)、水平電極撒樣光譜半定量分析系統(tǒng)的研究及化探方法的野外試驗,均得到了空前的加強和發(fā)展(謝學(xué)錦、施俊法,2003)。
冷提取一比色分析法的優(yōu)點是:設(shè)備簡單輕便,方便現(xiàn)場操作,當場測出結(jié)果,及時檢查異常,避免長途運樣,在最短的時間內(nèi)便可對異常進行初步的評價。冷提取技術(shù)主要應(yīng)用在以下幾個方面:
1)檢查和追蹤化探異常。在區(qū)域地質(zhì)測量和礦產(chǎn)普查中,對光譜分析發(fā)現(xiàn)的元素異常,運用冷提取技術(shù)進行現(xiàn)場驗證,并進一步追蹤異常源,以查明形成異常的地質(zhì)成因或地質(zhì)體。
2)在現(xiàn)場或駐地進行冷提取分析,直接圈定化探異常。在一些條件非常艱苦的地區(qū),不可能及時取得光譜分析或化學(xué)分析數(shù)據(jù),此時,利用冷提取分析可及時獲得數(shù)據(jù),圈定異常。此法在尋找銅和多金屬化探異常時很有成效。
3)冷提取方法可作為地質(zhì)和化探工作者的眼睛,幫助他們進行地質(zhì)觀察,以發(fā)現(xiàn)肉眼看不見的礦化和其他有價值的地質(zhì)現(xiàn)象。
20世紀50~60年代,物探所化探室的研究人員,在研制野外快速分析方法-、進行地球化學(xué)探礦試驗方面做出了重大貢獻(李美生,2003)。經(jīng)統(tǒng)計,該室先后約有20多位研究人員參加過研究或試驗工作,出版了3集《地球化學(xué)快速分析匯編》(1959,1960,1961年),1964年又出版《地球化學(xué)探礦野外快速分析方法文集(1)》,還不時有新的研究論文發(fā)表在《地球物理與地球化學(xué)探礦研究報告》報道中,累計發(fā)表的論文超過50篇,涉及巖石、土壤、礦物、天然水、沉積物、植物等樣品中Cu、Pb、Zn、Ni、Mo、Ag、Au、Ti、As、Ca、Co、Cd、Se、Nb、Hg、Cr、Mn、V、W、Mg、Ta等20多種元素的測定。從早期單一的冷提取,發(fā)展到使用熱溶甚至熔融法分解樣品,測定方法也從單一的比色法,發(fā)展到使用滴定法、萃取比色法、紙色層分離一比色法等許多新的方法技術(shù)。
不難看出,上述研究成果,幾乎吸收了當時分析化學(xué)中最先進的分離、分析技術(shù)?;绞业难芯咳藛T還獨自設(shè)計加工了測砷斑點儀、雙閥門移液管等具有自主知識產(chǎn)權(quán)的設(shè)備;合成了金的靈敏測定試劑——硫代米蚩酮,并用其研制了檢出IO ng/g金的野外快速測定法。此洼雖不能滿足化探工作的要求,但硫代米蚩酮的引入和合成,為中國后來金的野外測定方法的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)‘(李美生,2003)。
應(yīng)當提到的是,在50年代,我國地質(zhì)部門還出現(xiàn)過另一含義的“野外化學(xué)分析法”。
它始見于蘇聯(lián)著名學(xué)者波波夫的著作《野外化學(xué)分析法》(波波夫著,水志良譯,1955)。
此書在中國的發(fā)行,對我國野外化學(xué)分析的發(fā)展無疑是一種推動,但書中記述的內(nèi)容,包括實驗器具乃至分析方法,現(xiàn)今已基本過時。其后,地質(zhì)出版社又出版了我國專家編著的《野外化學(xué)分析法》(地質(zhì)部蘭州中心實驗室,1958),記錄了當時野外地質(zhì)實驗技術(shù)的真實水平。但書中所論的“野外化學(xué)分析法”,是指在勘探或普查隊駐地附近建立實驗室(站),進行常規(guī)分析工作所使用的方法。分析方法以化學(xué)分析法為主,目的是為了及早提交礦區(qū)勘探或普查樣品的分析結(jié)果,以便及時部署后續(xù)工作。這類實驗室,一般有水、電,能制作純水,有一些較好的實驗器具。初期以化學(xué)分析(滴定分析)為主,其后購置、配備了分析天平,一些中小型分析儀器,如光譜儀、極譜儀、原子吸收光譜儀、比色計等,儀器分析法和化學(xué)分析法配套使用,從而使分析項目不斷擴大,不僅能測定常量元素,而且可測定微量元素,至少可以開展10多個礦種中數(shù)十個項目的測定分析,有的實驗室還可進行巖石組合分析和全分析。但這種由隊級實驗室進行的分析工作,從嚴格意義上來說,與化探野外快速分析技術(shù)相距甚遠,不具“野外分析”的真正含義。
1966 ---1969年,謝學(xué)錦、徐豐孚、林存山等領(lǐng)導(dǎo)、組織研制了LT -1型、LT-2型冷提取分析箱,箱中盛放的實驗器具大部分為塑料制品,輕便、耐用。1967年,謝學(xué)錦、徐豐孚等根據(jù)用戶反饋的意見,又重新設(shè)計、制造了LT-3型冷提取分析箱,更多地采用了聚乙烯塑料制品,試劑瓶增加了具有彎嘴的內(nèi)壓蓋,可有效防止液體試劑泄漏,試管架也改成帶孔的塑料盒,測定的項目增加到七種:Cu、Pb、Zn、Co、Ni、As、P,還可測定重金屬總量。1967年開始批量生產(chǎn)LT-3型冷提取分析箱,到1980年共生產(chǎn)500多套。舉辦冷提取方法技術(shù)推廣培訓(xùn)班多期,受訓(xùn)人員多達400余人次。
1976年,由中國地質(zhì)科學(xué)研究院物探研究所和江西省地質(zhì)局第一物探大隊合作編印的《冷提取分析技術(shù)在地質(zhì)找礦中的應(yīng)用實例》(地質(zhì)科學(xué)研究院物探研究所,江西省地質(zhì)局第一物探大隊,1976),刊登了《冷提取砷斑點法在水系沉積物測量中的應(yīng)用》(江西省地質(zhì)局第一物探大隊),《運用冷提取巖石測量快速評價斷裂帶含礦性》(湖北省地質(zhì)七 隊),《冷提取方法技術(shù)在吉林某銅礦床上的應(yīng)用》(吉林省物探隊),《貴州從江地區(qū)用冷提取方法找到了銅礦》(貴州物探隊),《應(yīng)用冷提取方法發(fā)現(xiàn)的一個多金屬礦》(江西省地質(zhì)局物探隊),《磷的冷提取分析方法應(yīng)用效果》(江西省地質(zhì)局第一物探大隊),《鉬的冷提取技術(shù)在土壤測量中的應(yīng)用》(江西省地質(zhì)局第一物探大隊),《鎳、鈷冷提取測定技術(shù)在水系沉積物測量中的應(yīng)用》(江西省地質(zhì)局第一物探大隊)等利用冷提取技術(shù)在找礦方面的應(yīng)用成果,總結(jié)了冷提取技術(shù)在這一歷史時期取得的成績。
根據(jù)公開發(fā)表的資料,在青海、江西、湖北、吉林、貴州等省用冷提取分析箱都找到了工業(yè)礦床。冷提取分析技術(shù)及分析箱也因此而獲得1978年全國科學(xué)大會獎。
隨著化探技術(shù)的發(fā)展和要求的提高,冷提取分析技術(shù)的不足之處也日益顯露。主要有:①由于所用提取劑化學(xué)性質(zhì)較弱,試樣分解不完全,特別是與一些難溶的礦石、礦物共存的元素,因樣品分解不全而無法檢出;②靈敏度低,檢出限不能滿足化探的要求(如金、銀等貴金屬及若干探途元素如砷等);③缺少樣品的加工工具、稱量器具,無法保證樣品的均勻性及稱量的準確性。
因地球化學(xué)探礦研究工作的深入,特別是野外采樣量的加大,到20世紀70年代初期,已不再強調(diào)在野外用冷提取方法,而是將所采集的樣品送回實驗室進行分析。最初用光譜半定量分析測定10~20多種元素,后來引進了原子吸收光譜儀,可在定量水平上測定許多元素,使分析測定的效率、準確度有極大的提高。當光譜分析發(fā)現(xiàn)元素異常時,再去野外實地用冷提取技術(shù)進行異常查證和異常追蹤。