離子色譜技術在地質礦物測試中的應用

礦產資源是自然資源的重要組成部分，為經濟發展和科技進步提供重要的物質保障，與人們的生產生活息息相關。我國地大物博，礦產資源儲量豐富，然而隨著社會經濟的高速發展和綠色環保理念的深入人心，對礦產資源開采提出了更高的要求，研究地質礦物測試技術有利于提升礦產資源的利用率，推動礦產資源行業的健康可持續發展

。離子色譜技術是一種靈活易用的地質礦物分析測試技術，在測試中可以發揮其測試速度快、精準度高等優勢，有助于提升工作質量與效率，對礦產資源順利開采具有積極的推動作用

。

1 地質礦物分析測試技術

地質礦物分析測試技術在地質科學研究中占有重要地位，測試結果可以評估地質環境資源的分布情況，為經濟建設和社會發展做出重要貢獻。

1.1 地質礦物分析測試技術的目的

地質礦物分析測試技術的目的在于獲取有效的地質環境數據，并對數據信息進行整理分析，了解地質環境中礦物質等資源的分布狀況和化學元素的含量組成，為礦產資源開采提供科學、可靠的依據

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運用地質礦物分析測試技術，能夠有效獲取詳實、準確的礦石、礦物數據信息，掌握區域內的礦石和礦物分布情況，從而科學決策如何開發和利用礦產資源，提高礦產資源開采的質量和效率，避免礦產資源的浪費，并為地球科學研究提供可靠的數據支持

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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，講解員為專家組詳細介紹了國際院士谷積極推動科技成果轉移轉化的相關進展，院士專家對項目搭建的“政產學研金服用”協同創新體系表現出濃厚興趣。

1.2 地質礦物分析測試技術的步驟與內容

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

1.3 地質礦物分析測試技術的特征

單從語義層面看，反啟蒙即是啟蒙的對立面，然而實際上這兩個術語本身及它們之間的關系遠沒有這么簡單。就啟蒙自身而言，對于什么是啟蒙這個問題歷經無數思想家、哲學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，而實際上反啟蒙的復雜性也印證了這一點。因此，有必要效仿18世紀那個著名的提問來問一下“什么是反啟蒙”？

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

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2 離子色譜技術的原理和特點

離子色譜技術起源于20世紀70年代，是液相色譜的一種，利用色譜技術測定離子型物質。經過幾十年的發展，離子色譜技術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。在地質礦物測試中的應用，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，指導礦產資源開采中有效隔離掉有害物質，避免出現環境污染問題。

離子色譜技術在無機陽離子分析領域的應用，與原子吸收光譜法相比在敏感度、精確度等方面十分接近，對于無機陽離子測定分析的質量和效率不斷提升。目前，離子色譜技術不僅可以對過渡金屬中的陽離子進行測定分析，還可以分析不同價態的陽離子，能夠對鐵、銅等陽離子進行含量檢測。

2.1 離子色譜技術的原理

離子色譜技術的原理主要體現為離子交換，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分離方式

。離子色譜技術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現可離解離子與流動相中同種電荷離子的可逆交換，可以在較短時間內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，可以實現親水陰、陽離子的分離。離子交換樹脂可以分離弱保留陰離子、無機陰離子，和含氧金屬陰離子，對于小分子有機酸類等物質也具備不錯的分析能力。離子交換樹脂可以適用于很廣的pH值范圍，已再生處理，不足之處在于機械強度較差，容易受到有機物污染。

離子排阻色譜的工作原理主要表現為離子排斥。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，可以進入樹脂的內微孔，而負電荷層排斥完全離解的化合物，無法被固定相保留。由于溶質與固定相間的非離子性相互作用，可以實現離子的分離，適用于有機酸和無機含氧酸根的分離。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、金屬絡合物、胺類等。

1.2.5 延遲折扣任務(delay discounting task，DDT) 采用任務測量大學生的選擇沖動性，該任務通過成對問題來考察被試在“較小但是即刻的金錢”(如現在的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個成對問題［13］。通過公式V=A/(1+K×D)可計算折扣率(K)，K越大表示個體沖動性選擇程度越高。公式中V是主觀價值，A是延遲獎賞值，D是延遲時間。

2.2 離子色譜技術的特點

離子色譜技術擅長于測定無機尤其是無機陰離子混合物，具有速度快、靈敏度高等優勢。離子色譜技術對多種常見陰離子、陽離子可以在10min內完成測定分析，采用高效分離柱可在3min內完成常見陰離子的分離；離子色譜技術靈敏度達到ppb級別，使用濃縮柱的情況下可以提升到ppt級；離子色譜技術擁有多種成熟的固定相和可選擇的檢測器，適用于很多應用場景；離子色譜技術借助離子交換、離子排阻色譜等，可以同時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勢在于多組分同時測定，但對不同成分間的濃度差距有一定限制；離子色譜技術無需使用特殊試劑，使用簡單方便，成本低廉，具有很強的經濟實用性；離子色譜技術的柱填料可以適應很廣的ph范圍，對有機試劑具有很強的穩定性，能夠對復雜基體進行測定分析，且允許使用強酸、強堿淋洗，適用范圍很廣。

3 離子色譜技術在地質礦物測試中的實際應用

地質礦物分析測試技術一般可以分為地質礦物樣品加工、選擇測定方法、鑒定分析和出具分析結果幾個步驟。首要環節是在選擇礦物樣品后對樣品進行加工，需要在實驗室內測量樣品重量，根據測試精細度標準等對礦物樣品進行加工，保證樣品均勻性，并開展定量和半定量分析，為地質礦物分析測試提供基礎數據，便于后續測試工作的開展；其次要選擇適合的測試方法，在得到礦物樣品基礎數據后，根據樣品待測定元素含量等情況選擇適合的測試方法，保證測試方法與實際需要相符；再次制定測試方案，消除不同方法、技術之間的差異性，使礦物樣品中各個元素的分離、檢測等工作協調統一，再嚴格按照操作準則開展地質礦物樣品鑒定和分析工作，保證分析結果的真實性和精準性；最后對分析結果進行審查和復核，避免鑒定分析結果誤差過大，將通過審查的分析結果上報并整理記錄

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3.1 在分析無機陰離子中的應用

礦石樣本的測試也十分復雜，需要先對礦石樣本進行酸堿分解處理，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雜離子，其中的很多離子都可能混入離子色譜儀，對地質礦物測定分析造成干擾，因此在運用離子色譜技術的過程中，需要注意對礦物樣品的基體組分采取一定的預處理手段，消除不利的干擾因子。在實際工作中，一般可以采用半熔法、堿熔法等對基體組分進行預先處理，這些方法可以降低對待測離子的干擾，但也存在操作復雜等不足，需要進一步研究更加簡便的預處理方法。有學者采用硫酸溶解鎳礦樣本，然后進行高溫蒸餾，使鎳礦樣本復雜基體實現分離，不僅保證了測定結果的準確性，還縮短了預處理時間，顯著提升了離子色譜技術在地質礦物測試中質量與效率。

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

在水利工程機電安裝造價管理過程中，必須要在實行方案設計、工程設計的招投標等工作中落實造價管理思想，因此工程項目單位在設計階段的造價管理中，可以引入競爭機制，將工程項目的機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到預期水平。在實施過程中，可以先開展機電安裝的招標設計方案，并在其中選擇合理的設計方案，并在機電安裝施工圖的設計過程中通過委托或者招標等方法，確保中標單位的相關能力可以滿足機電安裝要求。

離子色譜技術在分析無機陰離子方面具有突出優勢，隨著科學技術的不斷發展，無機陰離子的色譜測試方法多達數十種。在無機陰離子檢測工作中，需要先對測試樣本做好預處理，再結合實際檢測條件，制定最適合的分離和檢測方案，對待測樣本進行分離檢測。通常，可以選用電導檢測方法，這種檢測方法十分便捷，得到了廣泛的應用。以往由于受到技術水平的限制，必須借助高溫熱水來完成樣本提取，當前可以借助超聲波技術對礦物樣本進行提取，確保樣本在溶液中完全浸潤，保證了檢測結果的精準度，并大幅減少檢測時間。

耕地是保障國家糧食安全和生態環境安全的重要資源，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任公司農化中心主任田樹剛表示，全球面臨著與土壤相關的水資源緊張、環境污染、氣侯變化、能源短缺、生物多樣性銳減、生態系統服務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。高強度不合理的農用化學品的投入是造成土壤及環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重的危害，這些問題的解決需要肥料產業各方的共同努力。

3.2 在分析無機陽離子中的應用

離子色譜技術在堿土金屬、堿金屬測試中得到廣泛應用，可以對樣品中的離子含量進行精準測定。隨著離子色譜技術的不斷發展，該技術不僅在無機陰離子分析領域得到普及應用，在無機陽離子測定中也取得了飛快的發展，相關的技術手段不斷發展成熟。

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，在特定的線上產生推力，組織受到推力產生相應的應變，然后突然停止聲輻射力，在應變恢復過程中檢測不同時間點的應變情況，從而反映組織的黏彈特性。由于ARFI是采用聲能機械性激勵的方式，依然是通過位移來估算形變，所以本質上是應變成像。

3.3 在分離鑭系金屬中的應用

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生水解現象，這對鑭系金屬的鑭系元素分離提出了很高的要求。因此，要想實現對鑭系元素的精準分析，不僅需要對分離環境進行嚴格控制，還需要科學選擇適合的分離方法。

離子色譜技術在鑭系金屬分離中具有很大優勢，可以利用陽離子交換法，對鑭系元素進行高效、精準分離。離子色譜技術可以借助相關化學物質，對水化物中的水進行置換，并按照陽離子交換法的流程和標準實現鑭系元素的有效分離。應用離子色譜技術，可以在鑭系金屬礦產勘測工作中發揮重要作用。在實際工作中，需要在提取鑭系金屬礦物樣本和測試過程嚴格按照技術規范和相關標準實施離子分析，以有效規避外部環境和人員操作等因素的干擾，避免因環境條件和誤操作影響檢測結果，保證離子色譜技術應用的規范性和科學性。

4 離子色譜技術的發展前景

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

離子色譜技術作為地質礦物測試的重要方法之一，可以科學確定礦物質的化學組分和不同賦存狀態下的含量，在礦產資源開采中發揮了不可忽視的積極作用。近年來，離子色譜技術逐漸發展成熟，可檢測的離子數量不斷增多，不同類型的檢測方法可以滿足不同地質環境、不同地質礦物的檢測要求，離子色譜技術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量。在實際工作中，還需要結合具體情況的特點和需求，科學選擇適用的檢測方法和儀器、材料，對離子色譜技術進行科學調整，降低周邊環境對技術應用的干擾，實現礦物樣品待測離子的有效分離。

未來，應加大在離子色譜技術和儀器、材料研發上的人力物力投入，使離子色譜樣品制備、分析時間越來越快，自動化水平越來越高，檢測結果的精準度得到進一步提升。這不僅需要在工藝方面加大研發力度，更依賴于離子色譜儀等儀器、材料方面的持續研究。離子色譜儀的未來發現，應使流動相輸送體系的耐壓水平得到提升；通過應用閥切換等技術使進樣體系更加精確化、微型化；將水電解與膜技術相結合，對淋洗液發生器和抑制器進行研發更新；減少噪聲影響，提高電導和脈沖安培的穩定性；提升離子色譜儀恒溫系統、軟件等整個儀器和系統的兼容性。在固定相方面，應研究新型的基質材料，在保證pH值耐受范圍的基礎上提升熱穩定性、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、共價有機框架材料、碳納米管等材料。在離子色譜技術的研發方面，應重點研發離子定向遷移、電催化氧化、電極在線清洗等技術，提升離子色譜技術的分離效率和檢測精度，并探索離子色譜與質譜等技術的聯用方法，研發聯用技術的成熟方法，使離子色譜技術通過聯用具備更高靈敏度和更廣適用性。

5 結語

綜上所述，我國擁有豐富的礦產資源，然而礦產資源多集中分布在地質條件較差區域，限制了礦產資源的開采與利用。礦產資源勘查與開采工作對于經濟建設與科技發展具有舉足輕重的作用，為了提升礦產資源利用率，需要積極開展地質礦物測試技術的研究與應用工作。在地質礦物測試工作中，離子色譜技術具有效率高、精度高、實用性強等優勢，擁有廣闊的應用空間。不僅要積極應用離子色譜技術解決礦產資源勘查與開采工作中的難題，還要持續做好離子色譜技術領域的研發工作，不斷突破現有的局限和瓶頸，以更先進的儀器和技術來滿足地質礦物發現、測試及開采的要求，為我國地礦事業發展做出更大的貢獻。

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