勘查技術與工程專業實驗教學過程簡析

馬成有 來雅文 陸繼龍

摘要：從專業意義、目標、特點出發，探討了勘查技術與工程專業（地質分析方向）實驗教學的重要性。基于研究對象的確定、樣品采集、預處理及樣品加工分析等一系列過程研究，預測實驗關鍵環節、質量控制方法及未來專業的發展趨勢，提出實驗教學平臺軟件、硬件都要同步發展。

關鍵詞：地質分析 實驗教學 優化設計

中圖分類號：P621 ?文獻標識碼：A ?文章編號：1009—5349（2019）18—0036—02

勘查技術與工程專業，研究人類賴以生存的自然資源和自然環境，涉及社會經濟建設的方方面面，某些國家已經將勘查技術與工程專業提升到關系國家安全和可持續發展的重要戰略地位。

一、意義、目標、特點

作為勘查技術與工程專業的一個主要研究方向——地質分析，其重要性不言而喻。地質分析源于巖礦分析，作為現代地學的重要組成部分，是地球化學、巖石學、礦物學和環境與生態學強有力的技術支撐。地質分析不同于傳統意義上的化學分析。首先，研究對象特殊。地球時空范圍內的各種形式的樣品，如氣體（空氣、工業廢氣等）、液體（地表水、地下水、工業廢水、垃圾滲濾液）、固體（巖石、礦物、礦石、生物體）、古生物化石等，都是地質分析的對象，樣品種類繁多。其次，樣品成分復雜。地質分析所采集的樣品是天然樣品，種類繁多，各樣品所具有的物理性質、化學性質是千差萬別的，化學成分相當復雜。同一元素在不同性質的樣品中，賦存狀態不同，含量差別也大。再次，分析方法具多樣性，尤其是新技術、新儀器不斷被開發、利用，能達到理想的實驗目的。最后，對分析結果也有更高要求。地質樣品中的元素含量很低，一般在10—6μg/g以下，更有微量元素達到10—12μg/g以下或更低。嚴格控制實驗過程中的每個環節，按原則、規則操作，并且不只是對含量、檢出限有更高的要求，地質分析還要研究地質樣品元素的形態、價態、同位素，等等。為了達成目標，針對不同類型的地質樣品，甚至是不同地區的同類地質樣品，都應有針對性地設計實驗設計方案，確保分析結果的準確。

二、優化設計具體內容

1.確定研究對象

以研究微量元素形態、含量，營養元素形態、含量，持久性有機污染物含量為目標，設計勘查技術與工程專業（地質分析方向）的實驗教學內容，具體如：巖石、礦物、土壤、水系沉積物中微量元素的形態、含量分析，河流底泥微量元素及營重金屬元素形態、含量分析，河流、湖泊等水體中微量元素及有機污染物成分含量分析，氣體成分分析，如土壤汞氣測量、大氣中污染物的測量。隨著科研水平的提高，研究范圍也隨之擴大，研究對象變得更為復雜，如南極冰芯、深海沉積物，甚至是外太空如月球上的巖石、土壤等極端環境下的固、液、氣和微生物、生物等樣品，都是其研究的對象。

2.樣品采集及預處理

樣品采集是地質分析工作獲取一手資料的最重要的一步，是基礎。樣品采集前應對樣品所在的研究區進行踏勘，了解研究區域的地質概況、自然地理交通、環境生態，為采集做好準備工作。根據目的要求，并結合實際情況，事先確定好采樣點布局，做到心中有數。根據采集的具體物質，綜合考慮采集方案，標注注意事項。例如，水樣的采集：采樣器要清潔無污染，使用前最好用HCl清洗，采樣瓶為無色聚乙烯塑料瓶，要保證清潔，使用前用待采水樣清洗三次。進行陽離子分析的水樣，需要酸化，保證陽離子不沉淀，不被瓶壁吸附，用鹽酸或是硝酸要視分析元素而定;進行陰離子分析的水樣直接裝瓶，回實驗室立即分析。

3.地質樣品元素形態分析

元素形態決定了其在生命和環境過程中表現出不同的行為;不同的元素形態由于具有不同的物理化學性質和生物活性，在生命和環境中發揮著不同的作用。元素總量的相關信息已經不能滿足科學研究的需要。

例如：對土壤中微量元素的形態一般采用A.Tessier等人提出的理論，分為可交換態、鐵錳氧化物態、碳酸鹽結合態、有機結合態和殘渣態五個形態。各形態分離采取的是五步連續提取法，對各形態提取液處理、定容后，采用原子吸收光譜儀定量測定。

土壤中營養元素主要有碳、氮、磷。土壤中的碳主要分為有機碳與無機碳。測定土壤中的有機碳，可用過量的重鉻酸鉀—硫酸溶液與土壤中的有機碳發生氧化還原反應，再用標準還原劑（硫酸亞鐵）滴定剩余的重鉻酸鉀，從而可得有機碳含量。當然還有其他方法，如灼燒法等。土壤中無機碳的測定方法很多，總結起來主要有滴定法、EDTA滴定法、電感耦合等離子體發射光譜法等。土壤中總氮的測定方法，可用凱氏定氮法，也可采用有總氮模塊的總碳分析儀測定。土壤中有機氮的測定采用元素分析儀測定，在催化劑的條件下，將有機態氮燃燒為元素氮和氮的氧化物，再在含有元素銅的還原柱中將氮氧化合物還原為氮氣，由熱導檢測器檢測。土壤中無機氮的測定可用一定濃度的氯化鉀浸取液提取出銨態氮、硝態態、亞硝態氮，然后用分光光度法測定。土壤中磷的形態主要分為可交換態磷，鈣結合磷，鐵結合磷，鐵、鋁結合磷，閉蓄態磷，殘渣態磷六個形態，采用強度不同的浸取劑對各形態連續提取的分離方法，形態定量分析采用磷鉬藍分光光度法。

當然還有水體，植物、動物等生物樣品中微量元素和營養元素的形態分析。不論何種樣品，形態分析中最關鍵的是采樣及樣品制備，在采樣及制備過程中要保證形態不發生變化，要避免過程中出現交叉污染。總之，針對不同的樣品，根據分析目的的不同，選擇合適的處理方法，原則就是不損失、不破壞、不干擾待分析成分。

三、質量控制

分析結果有效性的保證體現在兩個方面：一個是精密度，另一個就是準確度。精密度要靠平行樣來體現，三個以上平行樣的分析結果的標準偏差較小，滿足一定的要求，就可以說精密度較好，這是保證分析結果的必要條件。準確度要靠國家標樣來檢查，同樣條件下處理待測樣品和標準樣品，對標準樣品的測定值和真值做t檢驗，在一定置信度條件下，如果t計算>t表，則認為分析結果的準確度是有保證的，如果t計算

四、數據分析處理

數據分析處理是重要一個環節。目前關于數據分析處理的軟件、數學方法都很多，最常見的有Excel。Excel看似簡單，實則功能強大，用好Excel，可以解決我們常見的數據處理問題。還有一些專業的數據處理軟件，如SPSS、SAS、Origin等。另外還有最小二乘法、因子分析;神經網絡、遺傳算法等數學模型也可用于數據分析處理。

五、未來發展方向

同位素比和年代學測定，更是地質分析現今的研究熱點。微區原位分析和元素微區分布特征、自動化、多元素同時測定都已成為地質分析重要的研究內容，無污染的“綠色分析技術”將成為未來地質分析發展的方向。

加強地質分析實驗教學平臺的硬件條件建設，發揮專業培養作用和展示專業特色及魅力。因此，設計與優化好勘查技術與工程（地質分析）專業實驗教學的具體內容是必需的、必要的，二者要協調統一，同步發展。

參考文獻：

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責任編輯：孫瑤