離子色譜技術(shù)在地質(zhì)礦物測試中的應(yīng)用

礦產(chǎn)資源是自然資源的重要組成部分，為經(jīng)濟(jì)發(fā)展和科技進(jìn)步提供重要的物質(zhì)保障，與人們的生產(chǎn)生活息息相關(guān)。我國地大物博，礦產(chǎn)資源儲量豐富，然而隨著社會經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和綠色環(huán)保理念的深入人心，對礦產(chǎn)資源開采提出了更高的要求，研究地質(zhì)礦物測試技術(shù)有利于提升礦產(chǎn)資源的利用率，推動礦產(chǎn)資源行業(yè)的健康可持續(xù)發(fā)展

。離子色譜技術(shù)是一種靈活易用的地質(zhì)礦物分析測試技術(shù)，在測試中可以發(fā)揮其測試速度快、精準(zhǔn)度高等優(yōu)勢，有助于提升工作質(zhì)量與效率，對礦產(chǎn)資源順利開采具有積極的推動作用

。

1 地質(zhì)礦物分析測試技術(shù)

地質(zhì)礦物分析測試技術(shù)在地質(zhì)科學(xué)研究中占有重要地位，測試結(jié)果可以評估地質(zhì)環(huán)境資源的分布情況，為經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會發(fā)展做出重要貢獻(xiàn)。

1.1 地質(zhì)礦物分析測試技術(shù)的目的

地質(zhì)礦物分析測試技術(shù)的目的在于獲取有效的地質(zhì)環(huán)境數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)信息進(jìn)行整理分析，了解地質(zhì)環(huán)境中礦物質(zhì)等資源的分布狀況和化學(xué)元素的含量組成，為礦產(chǎn)資源開采提供科學(xué)、可靠的依據(jù)

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運(yùn)用地質(zhì)礦物分析測試技術(shù)，能夠有效獲取詳實(shí)、準(zhǔn)確的礦石、礦物數(shù)據(jù)信息，掌握區(qū)域內(nèi)的礦石和礦物分布情況，從而科學(xué)決策如何開發(fā)和利用礦產(chǎn)資源，提高礦產(chǎn)資源開采的質(zhì)量和效率，避免礦產(chǎn)資源的浪費(fèi)，并為地球科學(xué)研究提供可靠的數(shù)據(jù)支持

。

論證會開始前，專家組一行蒞臨國際院士谷展廳。在參觀展廳時(shí)，講解員為專家組詳細(xì)介紹了國際院士谷積極推動科技成果轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)化的相關(guān)進(jìn)展，院士專家對項(xiàng)目搭建的“政產(chǎn)學(xué)研金服用”協(xié)同創(chuàng)新體系表現(xiàn)出濃厚興趣。

1.2 地質(zhì)礦物分析測試技術(shù)的步驟與內(nèi)容

隨著對離子色譜技術(shù)的不斷研發(fā)和改進(jìn)，離子色譜技術(shù)逐漸成為多種陰離子測定最好的手段之一，在地質(zhì)礦物測試中得到越來越廣泛的應(yīng)用，擁有廣闊的發(fā)展前景，為礦產(chǎn)資源開采工作做出了突出貢獻(xiàn)。

1.3 地質(zhì)礦物分析測試技術(shù)的特征

單從語義層面看，反啟蒙即是啟蒙的對立面，然而實(shí)際上這兩個(gè)術(shù)語本身及它們之間的關(guān)系遠(yuǎn)沒有這么簡單。就啟蒙自身而言，對于什么是啟蒙這個(gè)問題歷經(jīng)無數(shù)思想家、哲學(xué)家的論述迄今依然沒有定論。因此，作為其語義上的對立面的反啟蒙也不能一概而論，而實(shí)際上反啟蒙的復(fù)雜性也印證了這一點(diǎn)。因此，有必要效仿18世紀(jì)那個(gè)著名的提問來問一下“什么是反啟蒙”？

由于礦石、礦物等物質(zhì)復(fù)雜多樣，不同巖石、礦物的差異很大，使得地質(zhì)礦物分析測試工作面臨不小的難度。在實(shí)際工作中，需要充分考慮檢測對象的復(fù)雜性、多變性，明確測試范圍區(qū)間，選擇具有代表性的地質(zhì)礦物樣品，再結(jié)合地質(zhì)礦物測試的實(shí)際需求選擇適合的檢測方法，盡可能提高地質(zhì)礦物測試的精準(zhǔn)度

。

2 離子色譜技術(shù)的原理和特點(diǎn)

離子色譜技術(shù)起源于20世紀(jì)70年代，是液相色譜的一種，利用色譜技術(shù)測定離子型物質(zhì)。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，離子色譜技術(shù)可以精密測出樣品中含有的不同元素含量，提高測量的精度。在地質(zhì)礦物測試中的應(yīng)用，不僅可以精密測出礦物樣品中的元素含量，還可以了解每種元素的影響作用，指導(dǎo)礦產(chǎn)資源開采中有效隔離掉有害物質(zhì)，避免出現(xiàn)環(huán)境污染問題。

離子色譜技術(shù)在無機(jī)陽離子分析領(lǐng)域的應(yīng)用，與原子吸收光譜法相比在敏感度、精確度等方面十分接近，對于無機(jī)陽離子測定分析的質(zhì)量和效率不斷提升。目前，離子色譜技術(shù)不僅可以對過渡金屬中的陽離子進(jìn)行測定分析，還可以分析不同價(jià)態(tài)的陽離子，能夠?qū)﹁F、銅等陽離子進(jìn)行含量檢測。

2.1 離子色譜技術(shù)的原理

離子色譜技術(shù)的原理主要體現(xiàn)為離子交換，具體可以分為離子交換色譜、離子排阻色譜和離子對色譜三個(gè)分離方式

。離子色譜技術(shù)的柱填料樹脂骨架大體相同，但離子交換功能基和容量存在一定差異，高效離子交換色譜使用低容量的離子交換樹脂，離子排阻色譜選用高容量的離子交換樹脂，而離子對色譜選用不含離子交換基團(tuán)的多孔樹脂。

離子交換色譜的分離原理在于離子交換，是借助離子交換樹脂實(shí)現(xiàn)可離解離子與流動相中同種電荷離子的可逆交換，可以在較短時(shí)間內(nèi)利用固定相中的固定電荷完成樣品離子的分離和吸附。由于測試樣品中的不同離子對固定相親和力存在差異，可以實(shí)現(xiàn)親水陰、陽離子的分離。離子交換樹脂可以分離弱保留陰離子、無機(jī)陰離子，和含氧金屬陰離子，對于小分子有機(jī)酸類等物質(zhì)也具備不錯(cuò)的分析能力。離子交換樹脂可以適用于很廣的pH值范圍，已再生處理，不足之處在于機(jī)械強(qiáng)度較差，容易受到有機(jī)物污染。

離子排阻色譜的工作原理主要表現(xiàn)為離子排斥。主要采用高容量陽離子交換樹脂和稀鹽酸作淋洗液，Donnan膜僅允許未離解的化合物通過，可以進(jìn)入樹脂的內(nèi)微孔，而負(fù)電荷層排斥完全離解的化合物，無法被固定相保留。由于溶質(zhì)與固定相間的非離子性相互作用，可以實(shí)現(xiàn)離子的分離，適用于有機(jī)酸和無機(jī)含氧酸根的分離。離子對色譜的工作原理基于吸附和離子對，在流動相中加入待分離離子相異電荷的離子，固定相使用疏水性的中性填料，加入離子與待測離子生成疏水性化合物。對離子極性端親水，非極性端親脂，離子對色譜可分離一般陰離子、金屬絡(luò)合物、胺類等。

1.2.5 延遲折扣任務(wù)(delay discounting task，DDT) 采用任務(wù)測量大學(xué)生的選擇沖動性，該任務(wù)通過成對問題來考察被試在“較小但是即刻的金錢”(如現(xiàn)在的500元)及“較大但是延遲的金錢”(如1年后的1 000元)之間的選擇以測查個(gè)體的沖動性程度，包括“獲得”和“損失”2種情景，每種情景均有19個(gè)成對問題［13］。通過公式V=A/(1+K×D)可計(jì)算折扣率(K)，K越大表示個(gè)體沖動性選擇程度越高。公式中V是主觀價(jià)值，A是延遲獎(jiǎng)賞值，D是延遲時(shí)間。

2.2 離子色譜技術(shù)的特點(diǎn)

離子色譜技術(shù)擅長于測定無機(jī)尤其是無機(jī)陰離子混合物，具有速度快、靈敏度高等優(yōu)勢。離子色譜技術(shù)對多種常見陰離子、陽離子可以在10min內(nèi)完成測定分析，采用高效分離柱可在3min內(nèi)完成常見陰離子的分離；離子色譜技術(shù)靈敏度達(dá)到ppb級別，使用濃縮柱的情況下可以提升到ppt級；離子色譜技術(shù)擁有多種成熟的固定相和可選擇的檢測器，適用于很多應(yīng)用場景；離子色譜技術(shù)借助離子交換、離子排阻色譜等，可以同時(shí)測定樣品中的多種離子化合物，和分光光度法等測定方法相比最大優(yōu)勢在于多組分同時(shí)測定，但對不同成分間的濃度差距有一定限制；離子色譜技術(shù)無需使用特殊試劑，使用簡單方便，成本低廉，具有很強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)實(shí)用性；離子色譜技術(shù)的柱填料可以適應(yīng)很廣的ph范圍，對有機(jī)試劑具有很強(qiáng)的穩(wěn)定性，能夠?qū)?fù)雜基體進(jìn)行測定分析，且允許使用強(qiáng)酸、強(qiáng)堿淋洗，適用范圍很廣。

3 離子色譜技術(shù)在地質(zhì)礦物測試中的實(shí)際應(yīng)用

地質(zhì)礦物分析測試技術(shù)一般可以分為地質(zhì)礦物樣品加工、選擇測定方法、鑒定分析和出具分析結(jié)果幾個(gè)步驟。首要環(huán)節(jié)是在選擇礦物樣品后對樣品進(jìn)行加工，需要在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)測量樣品重量，根據(jù)測試精細(xì)度標(biāo)準(zhǔn)等對礦物樣品進(jìn)行加工，保證樣品均勻性，并開展定量和半定量分析，為地質(zhì)礦物分析測試提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，便于后續(xù)測試工作的開展；其次要選擇適合的測試方法，在得到礦物樣品基礎(chǔ)數(shù)據(jù)后，根據(jù)樣品待測定元素含量等情況選擇適合的測試方法，保證測試方法與實(shí)際需要相符；再次制定測試方案，消除不同方法、技術(shù)之間的差異性，使礦物樣品中各個(gè)元素的分離、檢測等工作協(xié)調(diào)統(tǒng)一，再嚴(yán)格按照操作準(zhǔn)則開展地質(zhì)礦物樣品鑒定和分析工作，保證分析結(jié)果的真實(shí)性和精準(zhǔn)性；最后對分析結(jié)果進(jìn)行審查和復(fù)核，避免鑒定分析結(jié)果誤差過大，將通過審查的分析結(jié)果上報(bào)并整理記錄

。

3.1 在分析無機(jī)陰離子中的應(yīng)用

礦石樣本的測試也十分復(fù)雜，需要先對礦石樣本進(jìn)行酸堿分解處理，為樣品溶解工作提供足量的溶劑離子。由于礦物樣品中含有大量的復(fù)雜離子，其中的很多離子都可能混入離子色譜儀，對地質(zhì)礦物測定分析造成干擾，因此在運(yùn)用離子色譜技術(shù)的過程中，需要注意對礦物樣品的基體組分采取一定的預(yù)處理手段，消除不利的干擾因子。在實(shí)際工作中，一般可以采用半熔法、堿熔法等對基體組分進(jìn)行預(yù)先處理，這些方法可以降低對待測離子的干擾，但也存在操作復(fù)雜等不足，需要進(jìn)一步研究更加簡便的預(yù)處理方法。有學(xué)者采用硫酸溶解鎳礦樣本，然后進(jìn)行高溫蒸餾，使鎳礦樣本復(fù)雜基體實(shí)現(xiàn)分離，不僅保證了測定結(jié)果的準(zhǔn)確性，還縮短了預(yù)處理時(shí)間，顯著提升了離子色譜技術(shù)在地質(zhì)礦物測試中質(zhì)量與效率。

離子色譜技術(shù)和其他測試方法相比，可以對不同土壤中的礦物質(zhì)進(jìn)行高精度檢測，通過多次提取和檢測可以有效保證檢測結(jié)果的精準(zhǔn)度。由于土壤和巖石等物質(zhì)存在很大差異，吸收氮氧化物效率低，離子色譜技術(shù)可以很好的滿足土壤檢測的要求。同時(shí)，離子色譜技術(shù)還適用于水中礦物質(zhì)的測定，水中礦物質(zhì)測定對測試方法的要求更加嚴(yán)密，離子色譜技術(shù)可以借助過濾器對樣品進(jìn)行過濾，再對樣品進(jìn)行稀釋，就可以對樣品中的礦物質(zhì)含量進(jìn)行測量，整個(gè)測試流程十分簡便。

在水利工程機(jī)電安裝造價(jià)管理過程中，必須要在實(shí)行方案設(shè)計(jì)、工程設(shè)計(jì)的招投標(biāo)等工作中落實(shí)造價(jià)管理思想，因此工程項(xiàng)目單位在設(shè)計(jì)階段的造價(jià)管理中，可以引入競爭機(jī)制，將工程項(xiàng)目的機(jī)電安裝工作分包給具體單位，通過這種方法讓其成本管理可以達(dá)到預(yù)期水平。在實(shí)施過程中，可以先開展機(jī)電安裝的招標(biāo)設(shè)計(jì)方案，并在其中選擇合理的設(shè)計(jì)方案，并在機(jī)電安裝施工圖的設(shè)計(jì)過程中通過委托或者招標(biāo)等方法，確保中標(biāo)單位的相關(guān)能力可以滿足機(jī)電安裝要求。

離子色譜技術(shù)在分析無機(jī)陰離子方面具有突出優(yōu)勢，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，無機(jī)陰離子的色譜測試方法多達(dá)數(shù)十種。在無機(jī)陰離子檢測工作中，需要先對測試樣本做好預(yù)處理，再結(jié)合實(shí)際檢測條件，制定最適合的分離和檢測方案，對待測樣本進(jìn)行分離檢測。通常，可以選用電導(dǎo)檢測方法，這種檢測方法十分便捷，得到了廣泛的應(yīng)用。以往由于受到技術(shù)水平的限制，必須借助高溫?zé)崴畞硗瓿蓸颖咎崛?，?dāng)前可以借助超聲波技術(shù)對礦物樣本進(jìn)行提取，確保樣本在溶液中完全浸潤，保證了檢測結(jié)果的精準(zhǔn)度，并大幅減少檢測時(shí)間。

耕地是保障國家糧食安全和生態(tài)環(huán)境安全的重要資源，其所面臨的土壤安全問題急需解決。對此，貴州開磷化肥有限責(zé)任公司農(nóng)化中心主任田樹剛表示，全球面臨著與土壤相關(guān)的水資源緊張、環(huán)境污染、氣侯變化、能源短缺、生物多樣性銳減、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能退化等多種問題，而土壤本身也面臨著退化、污染等問題。高強(qiáng)度不合理的農(nóng)用化學(xué)品的投入是造成土壤及環(huán)境惡化的重要原因之一，不合理的肥料添加也為土壤帶來了嚴(yán)重的危害，這些問題的解決需要肥料產(chǎn)業(yè)各方的共同努力。

3.2 在分析無機(jī)陽離子中的應(yīng)用

離子色譜技術(shù)在堿土金屬、堿金屬測試中得到廣泛應(yīng)用，可以對樣品中的離子含量進(jìn)行精準(zhǔn)測定。隨著離子色譜技術(shù)的不斷發(fā)展，該技術(shù)不僅在無機(jī)陰離子分析領(lǐng)域得到普及應(yīng)用，在無機(jī)陽離子測定中也取得了飛快的發(fā)展，相關(guān)的技術(shù)手段不斷發(fā)展成熟。

2.3.2 脈沖聲輻射力成像 (acoustic radiation force impulse imaging，ARFI)脈沖聲輻射力成像是通過超聲給組織施加局部輻射力，利用聲輻射力的聚焦，在特定的線上產(chǎn)生推力，組織受到推力產(chǎn)生相應(yīng)的應(yīng)變，然后突然停止聲輻射力，在應(yīng)變恢復(fù)過程中檢測不同時(shí)間點(diǎn)的應(yīng)變情況，從而反映組織的黏彈特性。由于ARFI是采用聲能機(jī)械性激勵(lì)的方式，依然是通過位移來估算形變，所以本質(zhì)上是應(yīng)變成像。

3.3 在分離鑭系金屬中的應(yīng)用

鑭系金屬和其他金屬存在很大差異，鑭系金屬更容易在外界因素作用下產(chǎn)生水解現(xiàn)象，這對鑭系金屬的鑭系元素分離提出了很高的要求。因此，要想實(shí)現(xiàn)對鑭系元素的精準(zhǔn)分析，不僅需要對分離環(huán)境進(jìn)行嚴(yán)格控制，還需要科學(xué)選擇適合的分離方法。

離子色譜技術(shù)在鑭系金屬分離中具有很大優(yōu)勢，可以利用陽離子交換法，對鑭系元素進(jìn)行高效、精準(zhǔn)分離。離子色譜技術(shù)可以借助相關(guān)化學(xué)物質(zhì)，對水化物中的水進(jìn)行置換，并按照陽離子交換法的流程和標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)鑭系元素的有效分離。應(yīng)用離子色譜技術(shù)，可以在鑭系金屬礦產(chǎn)勘測工作中發(fā)揮重要作用。在實(shí)際工作中，需要在提取鑭系金屬礦物樣本和測試過程嚴(yán)格按照技術(shù)規(guī)范和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施離子分析，以有效規(guī)避外部環(huán)境和人員操作等因素的干擾，避免因環(huán)境條件和誤操作影響檢測結(jié)果，保證離子色譜技術(shù)應(yīng)用的規(guī)范性和科學(xué)性。

4 離子色譜技術(shù)的發(fā)展前景

隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，地質(zhì)礦物分析測試技術(shù)水平不斷提高。離子色譜技術(shù)以宏觀與微觀為主要發(fā)展方向，通過對各種測試技術(shù)的有效運(yùn)用，精準(zhǔn)測試礦物化學(xué)成分、晶胞參數(shù)等數(shù)據(jù)信息，可以借助儀器對礦物表面元素與形貌進(jìn)行掃描分析，信息化和自動化水平越來越高。在三維立體圖像等技術(shù)的支持下，地質(zhì)礦物測試可以獲得更加全面、精確的定量分析結(jié)果，在宏觀領(lǐng)域可以對宇宙天體和地底深處礦物進(jìn)行遙測分析，在微觀領(lǐng)域可以借助先進(jìn)儀器和技術(shù)提高礦物樣品測定分析的準(zhǔn)確度，提高測試工作的質(zhì)量。

離子色譜技術(shù)作為地質(zhì)礦物測試的重要方法之一，可以科學(xué)確定礦物質(zhì)的化學(xué)組分和不同賦存狀態(tài)下的含量，在礦產(chǎn)資源開采中發(fā)揮了不可忽視的積極作用。近年來，離子色譜技術(shù)逐漸發(fā)展成熟，可檢測的離子數(shù)量不斷增多，不同類型的檢測方法可以滿足不同地質(zhì)環(huán)境、不同地質(zhì)礦物的檢測要求，離子色譜技術(shù)所使用的儀器和材料也不斷推陳出新，有效提升了礦物測試工作的質(zhì)量。在實(shí)際工作中，還需要結(jié)合具體情況的特點(diǎn)和需求，科學(xué)選擇適用的檢測方法和儀器、材料，對離子色譜技術(shù)進(jìn)行科學(xué)調(diào)整，降低周邊環(huán)境對技術(shù)應(yīng)用的干擾，實(shí)現(xiàn)礦物樣品待測離子的有效分離。

未來，應(yīng)加大在離子色譜技術(shù)和儀器、材料研發(fā)上的人力物力投入，使離子色譜樣品制備、分析時(shí)間越來越快，自動化水平越來越高，檢測結(jié)果的精準(zhǔn)度得到進(jìn)一步提升。這不僅需要在工藝方面加大研發(fā)力度，更依賴于離子色譜儀等儀器、材料方面的持續(xù)研究。離子色譜儀的未來發(fā)現(xiàn)，應(yīng)使流動相輸送體系的耐壓水平得到提升；通過應(yīng)用閥切換等技術(shù)使進(jìn)樣體系更加精確化、微型化；將水電解與膜技術(shù)相結(jié)合，對淋洗液發(fā)生器和抑制器進(jìn)行研發(fā)更新；減少噪聲影響，提高電導(dǎo)和脈沖安培的穩(wěn)定性；提升離子色譜儀恒溫系統(tǒng)、軟件等整個(gè)儀器和系統(tǒng)的兼容性。在固定相方面，應(yīng)研究新型的基質(zhì)材料，在保證pH值耐受范圍的基礎(chǔ)上提升熱穩(wěn)定性、耐壓性等性能；研究新型的修飾材料，改善乳膠附聚的動力速度和親水性，包括石墨烯、共價(jià)有機(jī)框架材料、碳納米管等材料。在離子色譜技術(shù)的研發(fā)方面，應(yīng)重點(diǎn)研發(fā)離子定向遷移、電催化氧化、電極在線清洗等技術(shù)，提升離子色譜技術(shù)的分離效率和檢測精度，并探索離子色譜與質(zhì)譜等技術(shù)的聯(lián)用方法，研發(fā)聯(lián)用技術(shù)的成熟方法，使離子色譜技術(shù)通過聯(lián)用具備更高靈敏度和更廣適用性。

5 結(jié)語

綜上所述，我國擁有豐富的礦產(chǎn)資源，然而礦產(chǎn)資源多集中分布在地質(zhì)條件較差區(qū)域，限制了礦產(chǎn)資源的開采與利用。礦產(chǎn)資源勘查與開采工作對于經(jīng)濟(jì)建設(shè)與科技發(fā)展具有舉足輕重的作用，為了提升礦產(chǎn)資源利用率，需要積極開展地質(zhì)礦物測試技術(shù)的研究與應(yīng)用工作。在地質(zhì)礦物測試工作中，離子色譜技術(shù)具有效率高、精度高、實(shí)用性強(qiáng)等優(yōu)勢，擁有廣闊的應(yīng)用空間。不僅要積極應(yīng)用離子色譜技術(shù)解決礦產(chǎn)資源勘查與開采工作中的難題，還要持續(xù)做好離子色譜技術(shù)領(lǐng)域的研發(fā)工作，不斷突破現(xiàn)有的局限和瓶頸，以更先進(jìn)的儀器和技術(shù)來滿足地質(zhì)礦物發(fā)現(xiàn)、測試及開采的要求，為我國地礦事業(yè)發(fā)展做出更大的貢獻(xiàn)。

[1]羅凌云．基于離子色譜技術(shù)的巖礦測試應(yīng)用分析[J]．當(dāng)代化工研究,2021(20)：28-29．

[2]趙威．巖礦測試技術(shù)的現(xiàn)狀與趨勢研究[J]．冶金管理,2021(03)：74-75．

[3]易超．基于離子色譜技術(shù)的巖礦中金屬元素測試系統(tǒng)研究[J]．世界有色金屬,2019(22)：139-140．

[4]劉瑋,劉倩倩．巖礦分析和測試技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展分析[J]．中國金屬通報(bào),2019(12)：269+271．

[5]王茝．離子色譜技術(shù)在巖礦測試中的應(yīng)用[J]．化工設(shè)計(jì)通訊,2019,45(08)：103+139．

[6]王金玲．提高巖礦測試結(jié)果準(zhǔn)確性的做法與細(xì)節(jié)問題分析[J]．科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新,2019(10)：37-38．

[7]曹開科,和莉．探討巖礦測試技術(shù)狀況及解決辦法[J]．中國錳業(yè),2018,36(06)：7-10．