化探知識

化探初創期的野外快速分析技術——冷提取比色分析

  勘查地球化學家為了發現和追蹤化探異常,在工作區現場(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,這便是化探初創期的野外(現場)快速分析技術——冷提取比色分析法。
 
  中國第一個化探籌備組于1952年成立,隸屬于原地質部地礦司,規模不大。成立之初,因為缺乏經驗,主要任務是學習、引進蘇聯及歐美的地球化學探礦方法技術,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合探礦實際,在一些不同類型的礦區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,其結果否定了當時對這個地區銅礦遠景的樂觀估計;在山西中條山進行的土壤銅量測量,圈出了規模很大的銅異常,與其后鉆探圈定的銅礦吻合(謝學錦,施俊法,2003)。
 
  1957年,原地質物探研究所成立后設置的化探研究室,采取“同時引進蘇聯和歐美的化探方法技術,比照學習,開展研究”的工作方針。因此,化探研究室成立光譜實驗室,以跟蹤蘇聯開展的光譜半定量分析;成立化學分析實驗室,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、水平電極撒樣光譜半定量分析系統的研究及化探方法的野外試驗,均得到了空前的加強和發展(謝學錦、施俊法,2003)。
 
  冷提取一比色分析法的優點是:設備簡單輕便,方便現場操作,當場測出結果,及時檢查異常,避免長途運樣,在最短的時間內便可對異常進行初步的評價。冷提取技術主要應用在以下幾個方面:
 
  1)檢查和追蹤化探異常。在區域地質測量和礦產普查中,對光譜分析發現的元素異常,運用冷提取技術進行現場驗證,并進一步追蹤異常源,以查明形成異常的地質成因或地質體。
 
  2)在現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,不可能及時取得光譜分析或化學分析數據,此時,利用冷提取分析可及時獲得數據,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和化探工作者的眼睛,幫助他們進行地質觀察,以發現肉眼看不見的礦化和其他有價值的地質現象。
 
  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-、進行地球化學探礦試驗方面做出了重大貢獻(李美生,2003)。經統計,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《地球化學快速分析匯編》(1959,1960,1961年),1964年又出版《地球化學探礦野外快速分析方法文集(1)》,還不時有新的研究論文發表在《地球物理與地球化學探礦研究報告》報道中,累計發表的論文超過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。
 
  不難看出,上述研究成果,幾乎吸收了當時分析化學中最先進的分離、分析技術。化探室的研究人員還獨自設計加工了測砷斑點儀、雙閥門移液管等具有自主知識產權的設備;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展奠定了基礎‘(李美生,2003)。
 
  應當提到的是,在50年代,我國地質部門還出現過另一含義的“野外化學分析法”。
 
  它始見于蘇聯著名學者波波夫的著作《野外化學分析法》(波波夫著,水志良譯,1955)。
 
  此書在中國的發行,對我國野外化學分析的發展無疑是一種推動,但書中記述的內容,包括實驗器具乃至分析方法,現今已基本過時。其后,地質出版社又出版了我國專家編著的《野外化學分析法》(地質部蘭州中心實驗室,1958),記錄了當時野外地質實驗技術的真實水平。但書中所論的“野外化學分析法”,是指在勘探或普查隊駐地附近建立實驗室(站),進行常規分析工作所使用的方法。分析方法以化學分析法為主,目的是為了及早提交礦區勘探或普查樣品的分析結果,以便及時部署后續工作。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相距甚遠,不具“野外分析”的真正含義。
 
  1966 ---1969年,謝學錦、徐豐孚、林存山等領導、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,謝學錦、徐豐孚等根據用戶反饋的意見,又重新設計、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LT-3型冷提取分析箱,到1980年共生產500多套。舉辦冷提取方法技術推廣培訓班多期,受訓人員多達400余人次。
 
  1976年,由中國地質科學研究院物探研究所和江西省地質局第一物探大隊合作編印的《冷提取分析技術在地質找礦中的應用實例》(地質科學研究院物探研究所,江西省地質局第一物探大隊,1976),刊登了《冷提取砷斑點法在水系沉積物測量中的應用》(江西省地質局第一物探大隊),《運用冷提取巖石測量快速評價斷裂帶含礦性》(湖北省地質七  隊),《冷提取方法技術在吉林某銅礦床上的應用》(吉林省物探隊),《貴州從江地區用冷提取方法找到了銅礦》(貴州物探隊),《應用冷提取方法發現的一個多金屬礦》(江西省地質局物探隊),《磷的冷提取分析方法應用效果》(江西省地質局第一物探大隊),《鉬的冷提取技術在土壤測量中的應用》(江西省地質局第一物探大隊),《鎳、鈷冷提取測定技術在水系沉積物測量中的應用》(江西省地質局第一物探大隊)等利用冷提取技術在找礦方面的應用成果,總結了冷提取技術在這一歷史時期取得的成績。
 
  根據公開發表的資料,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礦床。冷提取分析技術及分析箱也因此而獲得1978年全國科學大會獎。
 
  隨著化探技術的發展和要求的提高,冷提取分析技術的不足之處也日益顯露。主要有:①由于所用提取劑化學性質較弱,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。當光譜分析發現元素異常時,再去野外實地用冷提取技術進行異常查證和異常追蹤。