地球科学测试技术课件 第一章 绪论

（3）第二轮次或多轮次样品的采集与选择 在第一轮采样获得资料基础上，制定
第二轮采样计划，采样目的为深入和系统 研究专题问题，样品密度加大，增加专门 性样品的采集。
三 专题性野外采样应注意：
1）野外应对研究客体作出初步认识和可能 的推断，为室内研究提供基本框架；
2）采集样品处有地质认识和齐全资料，确 保样品的准确；
熔融法是一种分解效率很高的分解方法。 熔融过程将原来不易溶的样品转变成可溶于 水或酸的物质。该法主要靠高温下固体与熔 剂间发生的多相反应。
其主要缺点是要求使用相当过量的熔剂， 试剂本身的杂质连同坩埚等被腐蚀下来的杂 质会严重污染分析溶液。
分解过程中可能引起的系统误差来源主要有：
1 样品粉碎，过筛和混合时所用的设备 可以使用玛瑙研磨装置和使用尼龙筛网，一
（3）操作简便，分析速度快，易于实现自动化。
（4）相对误差较大。化学分析一般可用于常量和高含量成 分的分析，准确度较高，误差小于千分之几。多数仪器分 析相对误差较大，一般为5%。
（5）需要价格比较昂贵的专用仪器。
A 光学分析方法
基于电磁波作用于待测物质后，产生辐射 信号的变化而建立的分析方法称为光学分析法。 可分为光谱法和非光谱法。
D 质谱法
试样在离子源中被电离成带电的离子，在质量 分析器中按离子的质荷比m/z的大小进行分离，记 录其质谱图。根据谱线的位置（m/z数）和谱线的 相对强度来进行分析。
注意：
➢联用分析技术已成为当前仪器分析的重要 发展方向。将几种方法结合起来，特别是分 离方法（如色谱法）和检测方法（红外光谱、 质谱等）的结合，汇集了各自的优点、弥补 了各自的不知，可以更好地完成试样的分析 任务；
4、加速分解样品的途径
✓ 试样粒度应尽量细，熔（溶）剂用量应充分。 ✓ 提高分解温度。 ✓ 延长分解时间。 ✓ 搅拌。 ✓ 增压分解。
注意：没有也不可能有适用于任何情况和目的的 “万能”分解方法。这就要求我们必须熟悉各种溶 （熔）剂的性质，有关的化学反应特性，了解各种分 解容器材料的组成和性能，掌握各种分解方法。
分析结果的精密度是指多次平行测定结果相互 接近的程度。精密度的高低用偏差来衡量。偏差 小，表示测定结果的重现性好，即各测定值之间 比较接近，精密度高。
张国栋主编. 材料研究与测试方法. 北京：冶金工业出 版社. 2002.
第一章 绪 论
第一节 引言
1、现代科学技术进步最具代表性的六大高新技术 群：信息、新材料、新能源、生物、海洋和空间 技术群，都离不开现代分析测试技术。
2、地球科学的进步伴随着现代分析测试技术的进 步而发展：研究手段从宏观到微观，16世纪光学 显微镜问世，19世纪40年代开始，偏光显微镜成 为地质学和矿物学家手中的强大武器，使岩石学、 矿物学乃至整个地学领域面貌焕然一新，光性矿 物学应运而生。但光学显微镜最高分辨率约为 200nm（×1500倍±），显然，对探索微观世界是 不够的。
光学显微镜 偏光显微镜 现代微束分析
科学研究的成果证据： 科学研究数据—测试分析技术
科学工作者的眼睛： 现代科学仪器—测试分析手段
因建立分析测试方法而获得诺贝尔奖：
✓ Bloch F and Purcell E M建立核磁共振的 测定方法——1952年物理奖；
因建立分析测试方法而获得诺贝尔奖：
原子光谱法
原
原
子
子
发
吸
射
收
光
光
谱
谱
分
分
析
析
法
法
原
X
子
射
荧 光
线 荧
光
光
谱 分
光 谱
析
法
法
分子光谱是由分子中电子能级、振动和转动 能级的变化产生的，表现形式为带光谱，如红外 光谱法、拉曼光谱等。
光谱法的分类
如果按照电磁辐射和物质相互作用的结果，可以产 生发射、吸收和联合散射三种类型的光谱：
➢ 发射光谱：物质通过激发过程获得能量，变为激发态原 子或分子，当从激发态过渡到低能态或基态时产生发射 光谱，通过测量物质的发射光谱的源自文库长和强度。如X射 线荧光光谱、原子发射光谱、原子荧光光谱等；
◇对样品的采集与选择应有周密的计划、 设想和程序，切记不了解或不明确地质 情况的盲目大量采样，盲目提出各种分 析项目，试图依靠测试解决或发现问题。
二 采样程序和原则 1、一般采样有两种方式： ▲一者按统计工程网络采样，多用于生产 性工作和大面积区域调查。 ▲另者根据研究针对性采样，按研究阶段
分期分批渐进采样，多用于专题研究。
✓ Martin A J P and Synge R L M发现气相色 谱分析法，1952年化学奖。
因建立分析测试方法而获得诺贝尔奖：
✓ Heyrovsky J开创极谱分析法——1959年 化学奖；
现代分析测试技术 在地学领域中的作用：
➢ 探知岩石矿物成分和结构的主要方法。 ➢ 揭示地质演化过程的主要手段。 ➢ 分析技术是地质科学发展的主要动力之一。
第二节 现代测试分析技术的特点及最新进展
三个特点： 1、分析测试对象发生了战略转移
成分—成分+结构分析、定性—定量、微观微量—原子尺度
2、分析测试难度加大
向新、微、细、杂深入、实时测试、动态测试
3、专业涉及广
多学科交叉
最新进展： 1、分析速度超速化 2、分析试样超微量、超微区化 3、分析仪器的超小型化
2、分类：
普通重量法
化
重量分析法
学
分
析
方
滴定分析法
法
电重量法 酸碱滴定法 络合滴定法 氧化还原滴定法
沉淀滴定法
（二）仪器分析方法
(Instrumental analysis)
1、定义：以物质的物理性质和物理化学性质为基础建立 起来的确定物质化学组成、含量或结构的一类分析方 法。测定时常常需要使用比较复杂的仪器。它是分析 化学的发展方向。
2、专题性采样程序与原则
①解决的问题要明确，找出关键问题所在 和解决问题途径；
②针对研究开展第一轮次采样，并获得数 据资料，取得验证认识和新的想法思路；
③对第一轮数据处理研究基础上，确定第 二轮次采样，获得应有的深化研究。
（1）问题的确定与解决
☆ 是在区域性工作基础上，经筛选的专 门问题，是阻碍当前研究或长期得不到 解决的关键问题，或研究热点；
http://v.baidu.com/v?ct=301989888&rn=20
3、现代测试分析技术的进步，使人们已能 用直径小于1μm甚至1nm的微束（电子束、 离子束、激光束）来激发样品，借助于相 应的探测系统和信息处理系统收集和处理 被激发的微区所产生的各种信息，如特征X 射线、透射电子，用以研究微区的化学成 分、表面形貌和结构特征等，更深入地研 究物质的微观世界，其意义比19世纪40年 代偏光显微镜的应用更加深远。产生了微 区矿物学（广义）。
非光谱法不是以光的波长为特征信号，而是 通过测量光的某些其他性质，如反射、折射、 干涉、衍射和偏振等变化建立起来的方法。 这类方法有折射法、干涉法、X射线衍射法 和电子衍射法等。
B 电化学分析方法
电化学分析法是根据物质在溶液中和电极上的电化 学性质为基础建立起来的一种分析方法。测量时要
将试液构成化学电池的组成部分。通过测量该电池 的某些电参数，如电流、电阻等的变化来对物质进 行分析。根据测量参数的不同，可分为电导分析法、
2、分类：
仪
光学分析法
器
分
电化学分析法
析
方
色谱法
法
质谱法
仪器分析与化学分析相比，有以下特点：
（1）灵敏度高，检出限量可降低。如样品用量由化学分析 的mL、mg级降低到仪器分析的L、 g级，甚至更低。它 比较使用于微量、痕量和超痕量成分的测定。
（2）选择性好。很多仪器分析方法可以通过选择或调整测 定的条件，使共存的组分测定时，相互间不产生干扰。
现代地球科学测试技术
成绩组成：
平时成绩占40%：出勤＋课堂纪律 特别提醒： ➢缺 3 次出勤，不得参加期末考试和补考。
期末考试占60%
➢ 教材：
王汝成等编. 地球科学现代测试技术. 南京：南京大学 出版社. 1999.
➢ 主要参考书：
周玉，武高辉编著.材料分析测试技术――材料X射线衍 射与电子显微分析. 哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社. 1998.
3）对样品详细野外编录，素描与照相； 4）对样品研究制定计划，提出测试具体 要求； 5）同时对样品显微镜下鉴定。
采样和样品的委送是一门专业研究的 艺术，需要对地质体宏观、微观观察的基 础上，精心细致综合安排，更要经验的支 撑和对学科前沿发展的熟知。
第五 常用的地质样品处理方法
1、分解的目的 在于将试样中的待测组分全部转变为
☆ 然后要选择关键性的地段或构造单元 或地质体等对象，进行深入研究；
（2）第一轮次样品的采集与选择
目的在于较准确了解专项研究的基本情 况，取样标准不在于样品数量，而要准确和 类型较齐全。
样品的质量要求：新鲜、无风化或污染、 尽量多含所研究矿物和岩、矿石具有典型的 结构与构造特征，具较广泛的代表性。
适于测定的状态。如：使测定组分以可 溶性盐的形式进入溶液，或者使其保留 在沉淀之中，从而与某些其他组分分离； 有时也以气体形式将待测组分导出。
2、分解方法
水溶、酸溶、半熔、熔融、燃烧及升华等法。
酸溶法分为敞开酸溶法和封闭酸溶法，不同 酸的适当组合已成功地用于大多数类型样品的分 解。
常用的有三种：酸溶、熔融和半熔三种，熔 融法对于难溶矿物和岩石的分解尤为有效。
般要求样品的粒度为200目(75μm) 2 实验室环境和消解装置
一 般 多 采 用 PTFE （ 聚 四 氟 乙 烯 ） 的 消 解容器 3 样品分解时所用的分析试剂
所用的酸往往需要进一步提纯
3、对试样分解的一般要求
➢ 试样分解完全——正确进行分析的先 决条件。
➢ 待测组分不应有损失。 ➢ 不能引入含有待测组分的物质。 ➢ 不应引入干扰待测组分的物质。
➢ 吸收光谱：当物质所吸收的电磁辐射能与该物质的原子 核、原子或分子的两个能级间跃迁所需的能量时，将产 生吸收光谱，如红外光谱法、原子吸收光谱法等；
➢ Raman散射光谱：频率为v0的单色光照射到透明物质上， 物质分子会发生散射现象。如果这种散射是光子与物质 分子发生能量交换的，即不仅光子的运动方向发生变化， 它的能量也发生变化，则称为Raman散射。如Raman光 谱等。
光谱法是以光的发射、吸收和散射为基础建 立起来的分析方法，是基于物质与辐射能作 用时，测量由物质内部发生量子化的能级之 间的跃迁而产生的发射、吸收或散射辐射的 波长和强度，根据光谱的波长和强度来进行 定性和定量分析。按作用对象不同可分为原 子光谱法和分子光谱法。
原子光谱是由原子外层或内层电子能级的变 化产生的，它的表现形式为线光谱。
➢现代科学技术的发展，相邻学科之间相互 渗透，使得仪器分析中新方法层出不穷，老 方法不断更新。
第四节 采样程序和样品选择
一 概述 ◇地质样品是分析测试的对象，分析数据
是研究客体的黑匣子和认识依据。 ◇专题性研究需要熟知研究领域现状、前
沿科学进展和学科知识渊博，又精通现 代实验室测试技术，善于协作的专家。
第六节 分析结果评价
一 准确度与精密度
1 准确度与误差
分析结果的准确度是指测定结果χ与真实值µ之间相符 的程度，两者差值越小，则分析结果准确度越高，准 确度的高低用误差来衡量。误差又可分为绝对误差和 相对误差两种，其表示方法如下：
绝对误差=χ—µ 相对误差=（χ—µ）/ µ×100%
2 精密度与偏差
电位分析法等。
C 色谱分析法
根据混合物的各组分在互不相溶的两相（称为固定 相和流动相）中吸附能力、分配系数或其他亲和作 用的差异而建立的分离、测定方法。
用气体做流动相的为气相色谱，用液体做流动相的 为液相色谱。
不动的一相，称为固定相；另一相是 携带样品流过固定相的流动体，称为流动 相。当流动相中样品混合物经过固定相时， 就会与固定相发生作用，由于各组分在性 质和结构上的差异，在同一推动力的作用 下，不同组分在固定相滞留时间长短不同， 从而按先后顺序从固定相中流出。
第三节 分析方法的分类
分析方法 Analytical technique
化学分析方法 Chemistry analysis
仪器分析方法 Instrumental analysis
（一）化学分析方法（Chemistry Analysis）
1、定义：利用化学反应及其计量关系来确定被测定物质 的组分和含量的一类分析方法。测定时需要使用化学 试剂、天平和一些玻璃器皿。它是分析化学的基础。