地球科学测试技术课件 第一章 绪论

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。
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。
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。
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。
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。
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。
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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）。
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。
✓ 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。
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. 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
（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
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波长和强度。如X射 线荧光光谱、原子发射光谱、原子荧光光谱等；
☆ 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。
➢ 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。
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。
（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。
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。
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。
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。