化探知識(shí)
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(lái)源:地大熱能 發(fā)布作者: 發(fā)表時(shí)間:2021-11-04 14:34:42瀏覽次數(shù):1508
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(chǎng)(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(cè)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(chǎng))快速分析技術(shù)——冷提取比色分析法。
中國(guó)第一個(gè)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?yàn)槿狈?jīng)驗(yàn),主要任務(wù)是學(xué)習(xí)、引進(jìn)蘇聯(lián)及歐美的地球化學(xué)探礦方法技術(shù),并進(jìn)行跟蹤研究,最典型的是利用冷提取比色分析法開(kāi)展化探試驗(yàn)。由于研究工作緊密結(jié)合探礦實(shí)際,在一些不同類(lèi)型的礦區(qū)試驗(yàn)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(jìn)行的土壤銅量測(cè)量,其結(jié)果否定了當(dāng)時(shí)對(duì)這個(gè)地區(qū)銅礦遠(yuǎn)景的樂(lè)觀估計(jì);在山西中條山進(jìn)行的土壤銅量測(cè)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(shí)引進(jìn)蘇聯(lián)和歐美的化探方法技術(shù),比照學(xué)習(xí),開(kāi)展研究”的工作方針。因此,化探研究室成立光譜實(shí)驗(yàn)室,以跟蹤蘇聯(lián)開(kāi)展的光譜半定量分析;成立化學(xué)分析實(shí)驗(yàn)室,以跟蹤北歐、美國(guó)進(jìn)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(yàn),均得到了空前的加強(qiáng)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(diǎn)是:設(shè)備簡(jiǎn)單輕便,方便現(xiàn)場(chǎng)操作,當(dāng)場(chǎng)測(cè)出結(jié)果,及時(shí)檢查異常,避免長(zhǎng)途運(yùn)樣,在最短的時(shí)間內(nèi)便可對(duì)異常進(jìn)行初步的評(píng)價(jià)。冷提取技術(shù)主要應(yīng)用在以下幾個(gè)方面:
1)檢查和追蹤化探異常。在區(qū)域地質(zhì)測(cè)量和礦產(chǎn)普查中,對(duì)光譜分析發(fā)現(xiàn)的元素異常,運(yùn)用冷提取技術(shù)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證,并進(jìn)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(chǎng)或駐地進(jìn)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(shí)取得光譜分析或化學(xué)分析數(shù)據(jù),此時(shí),利用冷提取分析可及時(shí)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(shí)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(jìn)行地質(zhì)觀察,以發(fā)現(xiàn)肉眼看不見(jiàn)的礦化和其他有價(jià)值的地質(zhì)現(xiàn)象。
20世紀(jì)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(jìn)行地球化學(xué)探礦試驗(yàn)方面做出了重大貢獻(xiàn)(李美生,2003)。經(jīng)統(tǒng)計(jì),該室先后約有20多位研究人員參加過(guò)研究或試驗(yàn)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(shí)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(bào)告》報(bào)道中,累計(jì)發(fā)表的論文超過(guò)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(cè)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(cè)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(dāng)時(shí)分析化學(xué)中最先進(jìn)的分離、分析技術(shù)?;绞业难芯咳藛T還獨(dú)自設(shè)計(jì)加工了測(cè)砷斑點(diǎn)儀、雙閥門(mén)移液管等具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的設(shè)備;合成了金的靈敏測(cè)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(cè)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(guó)后來(lái)金的野外測(cè)定方法的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)‘(李美生,2003)。
應(yīng)當(dāng)提到的是,在50年代,我國(guó)地質(zhì)部門(mén)還出現(xiàn)過(guò)另一含義的“野外化學(xué)分析法”。
它始見(jiàn)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(shū)在中國(guó)的發(fā)行,對(duì)我國(guó)野外化學(xué)分析的發(fā)展無(wú)疑是一種推動(dòng),但書(shū)中記述的內(nèi)容,包括實(shí)驗(yàn)器具乃至分析方法,現(xiàn)今已基本過(guò)時(shí)。其后,地質(zhì)出版社又出版了我國(guó)專(zhuān)家編著的《野外化學(xué)分析法》(地質(zhì)部蘭州中心實(shí)驗(yàn)室,1958),記錄了當(dāng)時(shí)野外地質(zhì)實(shí)驗(yàn)技術(shù)的真實(shí)水平。但書(shū)中所論的“野外化學(xué)分析法”,是指在勘探或普查隊(duì)駐地附近建立實(shí)驗(yàn)室(站),進(jìn)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(shí)部署后續(xù)工作。這類(lèi)實(shí)驗(yàn)室,一般有水、電,能制作純水,有一些較好的實(shí)驗(yàn)器具。初期以化學(xué)分析(滴定分析)為主,其后購(gòu)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(jì)等,儀器分析法和化學(xué)分析法配套使用,從而使分析項(xiàng)目不斷擴(kuò)大,不僅能測(cè)定常量元素,而且可測(cè)定微量元素,至少可以開(kāi)展10多個(gè)礦種中數(shù)十個(gè)項(xiàng)目的測(cè)定分析,有的實(shí)驗(yàn)室還可進(jìn)行巖石組合分析和全分析。但這種由隊(duì)級(jí)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的分析工作,從嚴(yán)格意義上來(lái)說(shuō),與化探野外快速分析技術(shù)相距甚遠(yuǎn),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(shí)驗(yàn)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(hù)反饋的意見(jiàn),又重新設(shè)計(jì)、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(cè)定的項(xiàng)目增加到七種:Cu、Pb、Zn、Co、Ni、As、P,還可測(cè)定重金屬總量。1967年開(kāi)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(dá)400余人次。
1976年,由中國(guó)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(duì)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(shí)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(duì),1976),刊登了《冷提取砷斑點(diǎn)法在水系沉積物測(cè)量中的應(yīng)用》(江西省地質(zhì)局第一物探大隊(duì)),《運(yùn)用冷提取巖石測(cè)量快速評(píng)價(jià)斷裂帶含礦性》(湖北省地質(zhì)七 隊(duì)),《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(duì)),《貴州從江地區(qū)用冷提取方法找到了銅礦》(貴州物探隊(duì)),《應(yīng)用冷提取方法發(fā)現(xiàn)的一個(gè)多金屬礦》(江西省地質(zhì)局物探隊(duì)),《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(duì)),《鉬的冷提取技術(shù)在土壤測(cè)量中的應(yīng)用》(江西省地質(zhì)局第一物探大隊(duì)),《鎳、鈷冷提取測(cè)定技術(shù)在水系沉積物測(cè)量中的應(yīng)用》(江西省地質(zhì)局第一物探大隊(duì))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(shí)期取得的成績(jī)。
根據(jù)公開(kāi)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(guó)科學(xué)大會(huì)獎(jiǎng)。
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(wú)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(chēng)量器具,無(wú)法保證樣品的均勻性及稱(chēng)量的準(zhǔn)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(jì)70年代初期,已不再?gòu)?qiáng)調(diào)在野外用冷提取方法,而是將所采集的樣品送回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行分析。最初用光譜半定量分析測(cè)定10~20多種元素,后來(lái)引進(jìn)了原子吸收光譜儀,可在定量水平上測(cè)定許多元素,使分析測(cè)定的效率、準(zhǔn)確度有極大的提高。當(dāng)光譜分析發(fā)現(xiàn)元素異常時(shí),再去野外實(shí)地用冷提取技術(shù)進(jìn)行異常查證和異常追蹤。
中國(guó)第一個(gè)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?yàn)槿狈?jīng)驗(yàn),主要任務(wù)是學(xué)習(xí)、引進(jìn)蘇聯(lián)及歐美的地球化學(xué)探礦方法技術(shù),并進(jìn)行跟蹤研究,最典型的是利用冷提取比色分析法開(kāi)展化探試驗(yàn)。由于研究工作緊密結(jié)合探礦實(shí)際,在一些不同類(lèi)型的礦區(qū)試驗(yàn)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(jìn)行的土壤銅量測(cè)量,其結(jié)果否定了當(dāng)時(shí)對(duì)這個(gè)地區(qū)銅礦遠(yuǎn)景的樂(lè)觀估計(jì);在山西中條山進(jìn)行的土壤銅量測(cè)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(shí)引進(jìn)蘇聯(lián)和歐美的化探方法技術(shù),比照學(xué)習(xí),開(kāi)展研究”的工作方針。因此,化探研究室成立光譜實(shí)驗(yàn)室,以跟蹤蘇聯(lián)開(kāi)展的光譜半定量分析;成立化學(xué)分析實(shí)驗(yàn)室,以跟蹤北歐、美國(guó)進(jìn)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(yàn),均得到了空前的加強(qiáng)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(diǎn)是:設(shè)備簡(jiǎn)單輕便,方便現(xiàn)場(chǎng)操作,當(dāng)場(chǎng)測(cè)出結(jié)果,及時(shí)檢查異常,避免長(zhǎng)途運(yùn)樣,在最短的時(shí)間內(nèi)便可對(duì)異常進(jìn)行初步的評(píng)價(jià)。冷提取技術(shù)主要應(yīng)用在以下幾個(gè)方面:
1)檢查和追蹤化探異常。在區(qū)域地質(zhì)測(cè)量和礦產(chǎn)普查中,對(duì)光譜分析發(fā)現(xiàn)的元素異常,運(yùn)用冷提取技術(shù)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證,并進(jìn)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(chǎng)或駐地進(jìn)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(shí)取得光譜分析或化學(xué)分析數(shù)據(jù),此時(shí),利用冷提取分析可及時(shí)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(shí)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(jìn)行地質(zhì)觀察,以發(fā)現(xiàn)肉眼看不見(jiàn)的礦化和其他有價(jià)值的地質(zhì)現(xiàn)象。
20世紀(jì)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(jìn)行地球化學(xué)探礦試驗(yàn)方面做出了重大貢獻(xiàn)(李美生,2003)。經(jīng)統(tǒng)計(jì),該室先后約有20多位研究人員參加過(guò)研究或試驗(yàn)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(shí)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(bào)告》報(bào)道中,累計(jì)發(fā)表的論文超過(guò)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(cè)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(cè)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(dāng)時(shí)分析化學(xué)中最先進(jìn)的分離、分析技術(shù)?;绞业难芯咳藛T還獨(dú)自設(shè)計(jì)加工了測(cè)砷斑點(diǎn)儀、雙閥門(mén)移液管等具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的設(shè)備;合成了金的靈敏測(cè)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(cè)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(guó)后來(lái)金的野外測(cè)定方法的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)‘(李美生,2003)。
應(yīng)當(dāng)提到的是,在50年代,我國(guó)地質(zhì)部門(mén)還出現(xiàn)過(guò)另一含義的“野外化學(xué)分析法”。
它始見(jiàn)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(shū)在中國(guó)的發(fā)行,對(duì)我國(guó)野外化學(xué)分析的發(fā)展無(wú)疑是一種推動(dòng),但書(shū)中記述的內(nèi)容,包括實(shí)驗(yàn)器具乃至分析方法,現(xiàn)今已基本過(guò)時(shí)。其后,地質(zhì)出版社又出版了我國(guó)專(zhuān)家編著的《野外化學(xué)分析法》(地質(zhì)部蘭州中心實(shí)驗(yàn)室,1958),記錄了當(dāng)時(shí)野外地質(zhì)實(shí)驗(yàn)技術(shù)的真實(shí)水平。但書(shū)中所論的“野外化學(xué)分析法”,是指在勘探或普查隊(duì)駐地附近建立實(shí)驗(yàn)室(站),進(jìn)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(shí)部署后續(xù)工作。這類(lèi)實(shí)驗(yàn)室,一般有水、電,能制作純水,有一些較好的實(shí)驗(yàn)器具。初期以化學(xué)分析(滴定分析)為主,其后購(gòu)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(jì)等,儀器分析法和化學(xué)分析法配套使用,從而使分析項(xiàng)目不斷擴(kuò)大,不僅能測(cè)定常量元素,而且可測(cè)定微量元素,至少可以開(kāi)展10多個(gè)礦種中數(shù)十個(gè)項(xiàng)目的測(cè)定分析,有的實(shí)驗(yàn)室還可進(jìn)行巖石組合分析和全分析。但這種由隊(duì)級(jí)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的分析工作,從嚴(yán)格意義上來(lái)說(shuō),與化探野外快速分析技術(shù)相距甚遠(yuǎn),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(shí)驗(yàn)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(hù)反饋的意見(jiàn),又重新設(shè)計(jì)、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(cè)定的項(xiàng)目增加到七種:Cu、Pb、Zn、Co、Ni、As、P,還可測(cè)定重金屬總量。1967年開(kāi)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(dá)400余人次。
1976年,由中國(guó)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(duì)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(shí)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(duì),1976),刊登了《冷提取砷斑點(diǎn)法在水系沉積物測(cè)量中的應(yīng)用》(江西省地質(zhì)局第一物探大隊(duì)),《運(yùn)用冷提取巖石測(cè)量快速評(píng)價(jià)斷裂帶含礦性》(湖北省地質(zhì)七 隊(duì)),《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(duì)),《貴州從江地區(qū)用冷提取方法找到了銅礦》(貴州物探隊(duì)),《應(yīng)用冷提取方法發(fā)現(xiàn)的一個(gè)多金屬礦》(江西省地質(zhì)局物探隊(duì)),《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(duì)),《鉬的冷提取技術(shù)在土壤測(cè)量中的應(yīng)用》(江西省地質(zhì)局第一物探大隊(duì)),《鎳、鈷冷提取測(cè)定技術(shù)在水系沉積物測(cè)量中的應(yīng)用》(江西省地質(zhì)局第一物探大隊(duì))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(shí)期取得的成績(jī)。
根據(jù)公開(kāi)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(guó)科學(xué)大會(huì)獎(jiǎng)。
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(wú)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(chēng)量器具,無(wú)法保證樣品的均勻性及稱(chēng)量的準(zhǔn)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(jì)70年代初期,已不再?gòu)?qiáng)調(diào)在野外用冷提取方法,而是將所采集的樣品送回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行分析。最初用光譜半定量分析測(cè)定10~20多種元素,后來(lái)引進(jìn)了原子吸收光譜儀,可在定量水平上測(cè)定許多元素,使分析測(cè)定的效率、準(zhǔn)確度有極大的提高。當(dāng)光譜分析發(fā)現(xiàn)元素異常時(shí),再去野外實(shí)地用冷提取技術(shù)進(jìn)行異常查證和異常追蹤。