地质岩石检测中矿物分析测试技术研究

地质岩石检测中矿物分析测试技术研究

杨东信

中国地质调查局西宁自然资源综合调查中心 青海西宁810000

摘要：本文综述了地质岩石检测中应用于矿物分析的关键技术，着重分析了矿物的识别、分类及定量分析方法。首先，介绍了利用光学显微镜技术进行矿物识别，包括偏光和反射光等技术的应用，以及这些光学特性对矿物分类的影响。随后，探讨了X射线衍射分析（XRD）和电子探针微区分析（EPMA），这些方法能够提供矿物的晶体结构和化学成分的详细信息。此外，本文还涉及了定量化学分析、激光诱导击穿光谱分析（LIBS）和同位素稀释质谱分析等定量方法的原理及其在岩石矿物分析中的应用。本研究旨在提供一种综合的技术框架，以帮助科研人员和工程师准确识别和分析地质样品中的矿物成分。

关键词：地质岩石检测；矿物分析；测试技术

1引言

矿物的分析与识别是地质学研究及相关领域中的核心内容，其准确性直接影响到矿产勘探、环境科学和地质工程的多个方面。随着技术的发展，矿物分析方法也在不断进步，从传统的化学和物理方法到现代的光谱分析和电子显微技术，这些技术的发展极大地提高了分析的准确性和效率。本文将重点介绍几种主要的矿物分析技术，包括光学、X射线衍射、电子探针分析等，并评估它们在实际应用中的表现和局限性。

2矿物识别与分类技术

2.1光学显微镜分析

光学显微镜分析是矿物识别与分类的基础技术之一，通过利用偏光、反射光等技术，可以观察矿物的光学特性，如双折射、折射率以及颜色与条纹。这些特性在矿物的分类和识别中起到关键作用。矿物的光学特性能够揭示其晶体结构和化学成分的重要信息，例如，通过分析矿物的双折射现象，可以区分单轴和双轴矿物，这是矿物学研究中的一个基本步骤。同时，折射率的测量提供了识别矿物种类的另一种方法，因为不同矿物的折射率往往具有明显的差异。此外，矿物的颜色和条纹也是鉴定矿物种类的重要依据，尤其在外观相似的矿物之间进行区分时尤为重要。通过光学显微镜的综合应用，矿物学家可以准确地分类和识别各种矿物，为进一步的地质分析和矿物开发提供科学依据。[1]

2.2 X射线衍射分析

X射线衍射分析（XRD）是一种先进的矿物分析技术，它通过分析矿物晶体对X射线的衍射模式来确定矿物的晶体结构。XRD分析的核心在于其能够提供精确的晶体结构信息，这对于矿物的分类和进一步的化学成分分析至关重要。在进行XRD分析时，首要的步骤是样品的准备，这通常涉及将矿物磨成粉末，以确保X射线可以均匀地穿过样品，从而获得清晰的衍射图谱。接下来，设置仪器参数，如X射线的角度和强度，是影响分析精确性和复现性的关键因素。正确的仪器设定能够确保得到高质量的数据，从而提高识别精度和效率。通过分析XRD图谱，科学家可以识别出矿物样品中的各种晶体相，进一步分析其物理和化学性质，这对于矿产资源的开发和利用具有重要意义。

2.3电子探针微区分析

电子探针微区分析（EPMA）是通过电子束照射样品并分析其产生的X射线来确定矿物的化学成分和元素分布的技术。这种分析方法的优势在于其能够提供元素的空间分布图，使得矿物的微观结构和成分变化可以被精确地揭示。在EPMA中，电子束的聚焦能力确保了极高的空间分辨率，使得科学家能够在微米甚至纳米级别上观察矿物成分的变化。此外，通过与能量色散X射线光谱（EDS）和波长色散X射线光谱（WDS）技术的结合使用，EPMA不仅可以定性地分析元素种类，还能定量地测定各元素的含量。这种高精度的化学成分分析使得EPMA成为了矿物学研究和地质探索中不可或缺的工具。通过对矿物样品的深入分析，EPMA有助于科学家们更好地理解矿物的成因、变化过程及其环境意义。

3矿物定量分析方法

3.1定量化学分析

定量化学分析在矿物学中用于精确测量矿物中的化学成分，包括滴定分析和光度法等传统方法。滴定分析基于化学反应的完全性，通过准确测量反应液的体积来确定矿物样品中特定成分的含量，适用于需要高精度测量的场景。例如，通过酸碱滴定，可以测定样品中的碱性或酸性组分，此方法的准确度受到滴定剂的标定精度和操作者技术水平的影响。光度法则是通过测定溶液对特定波长光的吸收情况来分析元素含量，此方法特别适用于微量元素的检测，因为即使是极微量的元素也能通过其光吸收特性被准确测量。然而，光度法的准确性可能受到溶液颜色、浑浊度和其他光学性质的影响。在应用这些方法时，操作的标准化程度和化学试剂的纯度是保证分析结果准确性和可复现性的关键因素。通过这些技术，矿物的化学成分可以被详细分析，为地质研究提供了可靠的数据支持。

3.2激光诱导击穿光谱分析

激光诱导击穿光谱分析（LIBS）是一种强大的定量技术，它通过使用高能激光束在矿物样本表面产生微小的等离子体，并分析该等离子体发出的光谱来确定样本的元素组成。此技术的显著优势在于不需要复杂的样品准备，可直接在样品原位进行分析，从而极大地节约了分析时间并减少了样品处理过程中可能的污染。LIBS技术能迅速获得包括轻元素和重元素在内的广泛元素的浓度信息，使其在现场快速分析中显示出巨大的应用潜力。在进行LIBS分析时，激光的波长、能量、脉冲宽度以及聚焦特性都是影响分析精度和效率的关键参数，适当的激光配置可以优化分析结果，提高元素检测的灵敏度和准确性。由于LIBS技术可以提供快速且详尽的化学成分分析，它在地质勘探、环境监测以及其他需要快速现场分析的应用场景中具有显著的优势。

[2-3]

3.3同位素稀释质谱分析

同位素稀释质谱分析结合了同位素稀释技术和质谱分析的优势，特别适用于精确测定微量和痕量元素，这在矿物分析中尤为重要。在此技术中，一个已知量的同位素标记的元素被添加到样品中，通过后续的质谱分析，可以非常准确地测定样品中该元素的原始含量。同位素稀释法的关键在于同位素的选择和准确的同位素比率测定，这要求使用高分辨率质谱仪来确保测量结果的精确性。此技术的应用不仅限于基本的元素分析，还广泛应用于复杂矿物样本中稳定和放射性同位素的分析，如铅-铀年代学中的应用。[4]精度和准确性是此技术的核心，适当的实验设计和严格的操作程序是实现高质量分析结果的基础。通过这种技术，科学家能够获得关于地球历史、地质过程和环境变化的重要信息，这对于理解地球的复杂系统和预测其未来变化具有重要意义。[5]

4结语

在地质科学的领域中，矿物分析技术的发展是推动科学进步和技术革新的关键。随着分析技术的进步，我们不仅能更准确地识别和分类矿物，还能有效地推动地质勘探、环境保护和资源管理的效率和精确度。尤其是现代光谱分析和高分辨率成像技术的应用，极大地增强了我们对矿物成分和结构的理解。此外，这些高端技术的集成和自动化发展，为实现高通量和现场快速分析提供了可能，这对于应对快速变化的地质环境和紧迫的资源需求具有重要意义。展望未来，科研团队和工程师应当致力于进一步优化分析工具和方法，通过跨学科的合作，不断提高分析技术的适用性和精确度，从而更好地服务于地球科学的深入研究和全球资源的可持续管理。通过这些努力，我们可以期待地质科学在新的技术推动下，为人类社会的可持续发展提供更加坚实的数据支持和科学决策基础。

参考文献

[1]吴丽颖.地质岩石检测中矿物分析测试技术研究[J].山东化工,2023,52(16):154-155+159.

[2]张明炜,龚亮,宋甜甜.地质岩石矿物分析测试技术的分析[J].现代盐化工,2022,49(04):77-79.

[3]常浩田.地质岩石检测中矿物分析测试技术要点分析[J].中国设备工程,2021,(12):157-158.

[4]张园.浅谈地质岩石检测中矿物分析测试技术要点[J].中国新技术新产品,2020,(21):125-126.

[5]何春瑛.地质岩石矿物分析测试技术探究[J].西部探矿工程,2020,32(03):139-141.

基金项目：战略性矿产勘查岩矿测试技术支撑(西宁中心)编号:DD20243421