贵大研究生岩矿分析测试题(资环13) - 带有答案

贵州大学2013-2014学年第二学期研究生

岩矿分析测试题

班级学号姓名成绩

一、以岩矿分析为例说明对于复杂物质分析如何拟定和选择分析方案及分析方法。（10分）

答：结合我在前些天所做的煤样分析来具体说明对于复杂物质分析如何拟定和选择分析方案及分析方法。

⑴样品的采集

我的煤样的采集是根据相关国家标准从研究区取来的，采集过程中，尽量取到了具有代表性的样品。

⑵试样的制备

按上述过程所采集的试样质量较大，必须通过多次破碎、过筛、混均、缩分等步骤制成少量均匀而有代表性的分析试样。我用配有钵杵的研钵工具粉碎煤块至粉碎状态，然后用200目的筛子进行筛分，每次粉碎后都要通过相应的筛子，未通过筛孔的粗粒不能抛弃，需要进一步粉碎，直至全部通过，以保证所得样品能代表整个被测物料的平均组成。

试样经破碎至所需的粒度后，将试样仔细混匀后再进行缩分。混匀的方法是把已破碎、过筛的试样用平板铁铲铲起堆成圆锥体，再交互地从试样堆两边对角贴底逐锹铲起堆成另一个圆锥，并分两三次撒落在新锥顶端，使之均匀地落在锥四周。如此反复堆掺三次后用“四分法”进行人工缩分。四分法是将物料堆成圆锥体，然后压成厚度均匀的圆饼，通过中心将其平均分成四个相等的扇形体。弃去对角的两份，保留余下两份。

制好的试样分装在四个样品袋中，贴上标签，注明样品的名称和采样日期。样品整理好后即准备送样分析，以避免试样受潮，风干或变质。

⑶试样分解

在定量化学分析中一般要将试样分解，制成溶液（干法分析除外）后再分析，因此试样的分解是重要的步骤之一。它不仅直接关系到待测组分转变为适合的测定形态，也关系到以后的分离和测定。如果分解方法选择不当，就会增加不必

要的分离手续，给测定造成困难和增大误差，有时甚至使测定无法进行。

对试样进行分解的过程中，待测组分不应挥发损失，也不能引入被测组分和干扰物质。分解要完全，处理后的溶液中不得残留原试样的细屑或粉末。

实际工作中，应根据试样的性质与测定方法的不同选择合适的分解方法。常用的分解方法主要有溶解法和熔融法。

⑷测定方法的选择

通过查阅文献及参考相同专业方向师兄的建议，我选择了用ICP-Ms来对微量元素进行测定；选择化学方法进行全硫含量的测定；选择XRF对煤矸石样进行常量元素的测定，而对煤样中的常量元素则选择ICP-AES来进行测定，其实用XRF也能对煤样中的常量元素进行测定，但由于测试单位的实验室条件和技术人员的测试能力，再加上由于煤样中硫的含量较高等一系列原因，所以对不同样品性质的常量元素的测定采用了不同的技术手段。

有上述实际经历可以总结出：根据样品性质、测试要求、共存组分的影响及待测组分的含量范围的不同，需要选择不同的测试方法。我的煤样需要测微量元素、常量元素以及全硫的含量，由于它们的性质及测试要求不一样，故不能采用同一个方法来进行测定。

⑸数据处理以及报告分析结果

对于数据的处理非常重要，因为这直接关系到你的研究成败。我的数据主要分为三大部分，即微量元素、常量元素和全硫含量等。对这些数据的处理我采用了表格以及稀土配分模式图来进行分析、探讨。具体通过含量异常的元素来分析其富集成因。最终的报告分析结果则以一篇论文的形式来呈现。不同的要求，则有不同的报告分析结果的形式

二、用原子吸收法测定Zn2+标准溶液，相应的浓度和吸光度见表所示：

表 Zn2+标准溶液浓度及其相应吸光度

注：c-Zn2+浓度；A-吸光度。

用回归方程表示含量与吸光度的关系，绘制拟合标准曲线，并检查方程是否有意义？并求吸光度A为0.30时Zn的质量分数为多少？（10分）

答：原理及方法选择：吸光度A与吸光物质的含量成正比，这是光度法进行定量分析的基础，标准曲线是以c为横坐标、A为纵坐标的图形。分光光度法中通常是用已知溶液测定吸光度,通过几组测定数据制作标准曲线。测定待测溶液吸光度,从标准曲线上查得该溶液浓度,通过计算便可知试样含量。但是绘制标准曲线繁杂,加之所测的数据难免有偏离曲线的点,因而导致误差。用一元线性回归方程可减少误差,特别是人为因素造成的误差。分光光度法中吸光度与溶液浓度之间的关系,在这两个变量中,被测浓度（c）我们称自变量,用x表示;吸光度（A）我们称因变量,用y表示。因变量y随自变量x变化呈现规律性,为减小误差,可用一元线性回归方程y=a+bx来处理这两个变量之间的关系。

解题步骤：

⑴根据上述原理及方法，我们设一元线性回归方程为y=a+bx。在Excel2003中根据上述表格中的数据制作散点图。因为只有当数据具有线性分布特征时，才能采用线性回归分析法。如图一所示，本次数据具有线性分布趋势，故可以进行线性回归。

图一数据散点图

⑵然后得到线性回归结果如下图二所示，读取回归结果如下：

截距：a=-0.0059；斜率：b=0.3752；相关系数：R=0.9996；测定系数：R2=0.9992；F值：F=6641.439

图二线性回归结果

⑶最后由Excel2003得到的最终的回归模型如下图三所示：

⑷显著性检验

当0.80.755(根据课本表7-7检验相关系数的临界值表，置信度为99.9%)，R2=0.9992>0.999，所以这是一个线性特征特别明显的实验模型，即说明拟合直线能够以大于99.9%的测定系数即拟合优度以及大于99.9%的相关性解释、涵盖实测数据，具有非常好的一般性，可认为这种线性关系是有意义的，即初步判断方程：y=0.3752x+0.0059有意义。

⑸回归模型的检验

回归方程建立以后还需要对模型进行检验, 检验回归模型的代表性, 用 t

检验法, 若两个变量之间相关程度为高度相关, 方程有很高的代表性, 还不能说明这种直线相关关系是否可靠, 为了说明这种相关关系的可靠性, 必须对相关系数进行 t 检验。公式为: 212

t r n r --=; 设, 统计量 t 服从 t(n- 2)分布。

根据一组样本量计算出 t 值, 再根据所给定的显著性水平 α和自由度 n- 2, 查 t 分布表, 找到相应的临界值t α,n-2。若t ≥t α,n -2。表明 t 在统计上是显著的, 即总体的两个变量间存在线性关系, 这种关系是可靠的, 否则就认为两个变量间不存在线性关系

根据上述检验步骤，得到如下结果：

212

t r n r --===t 212--n r

r =279996.019996.02--=>50.18）

（1571.2t 5,05.0= 因为t=79.03>t 0.05,5=2.571,故总体的两个变量间存在线性关系, 这种关系是可靠的。至于检验, R 、R 2、F 值、t 值等均可以直接从回归结果中读出。实际上, R=0.999, R 2>0.90 检验通过。有了 R 值, F 值和 t 值均可计算出来,其中: t 值已得出见上面公式（1），

=F 显然与图二中结果一致5,05.022

2205.544.66411

179996

.019996.011F k n R R =>=---=--- 回归结果中给出了残差（图四），据此可以计算标准离差。首先求残差的平方

图四

2^

2

)y (i i i y -=ε,然后求残差平方和：

372.8241.1.963.2366.57

n 12=+??????++==∑==i i S ε，于是标准离差为：

0041.01)y (112^==---=∑ν

S y k n s n i i i ,于是 026.0156

.00041.0==—y s

<15% ⑹综合上述检验，认为Zn 2+浓度含量与吸光度的线性关系是显著的，因此可以作为标准工作曲线方程用于其他未知浓度溶液的测量。由图三的回归方程y=0.3752x+0.0059可知，当吸光度A 为0.30时，代入方程可得到Zn 的质量分数即：y （Zn 的质量分数）= 0.3752×0.30+0.0059=0.11846 mg.L -1

三、怎样理解分析测试中的系统误差和偶然误差。结合试谈谈在分析测试过程中出现的偶然误差的环节有哪些？（10分）

答：所谓系统误差是指由某种固定的原因造成的，具有重复性、单向性。由于该误差的大小、正负在理论上说是可以测定的，因此又称为可测误差。例如，由分析方法本身造成的方法误差、仪器和试剂误差（如砝码质量、仪表刻度部准确或是试剂不纯等）、操作误差（如操作人员洗涤沉淀时洗涤过分或不充分等）以及由分析人员本身的一些主观因素造成的主观误差等等。而偶然误差（又称随机误差）是由一些随机的偶然的原因造成的。偶然误差在分析测试过程中是不可避免的。在分析测试的很多环节中都有可能产生一定的偶然误差，如测量时环境温度、湿度和气压的微小波动等、测试仪器的微小变化、分析人员对每份试样处理时的微小差别等。

四、在分析样品中采取哪些措施保证分析测试结果的准确性。（20分）

答：⑴因为各种分析方法的准确度和灵敏度是不相同的，如重量分析和滴定分析，灵敏度虽不高，但对于高含量组分的测定，能获得比较准确的结果。所以在实验前选择好合适的分析方法显得格外重要。

⑵在分析样品过程中，为了保证分析测试结果的准确性，需要在整个实验过程中的每一阶段都要尽量避免误差。例如，一般分析天平的称量误差为±0.0002g,为了使测量时的相对误差在0.1%以下，试样质量就不能太小，从相对误差的计算中可得到：

%100?=试样质量

绝对误差绝对误差； g 2.0001

.00002.0===相对误差绝对误差试样质量 可见需使得试样质量必须在0.2g 以上。这就是要求我们要尽可能减小测量误差;⑶减小随机误差。在消除系统误差的前提下，平行测定次数愈多，平均值愈接近真实值。因此，增加测定次数，可以提高平均值精密度。在一般化学分析中，对于同一试样，通常要求平行2-4次，次数太多往往意义不大；

⑷由于系统误差是由某种固定的原因造成的，因而找出这一原因，就可以消除系统误差的来源。通常根据具体情况，采用下述几种方法来检验和消除系统误差： a. 对照试验 对照试验是检验系统误差的有效方法。

b. 空白试验 由蒸馏水、试剂和器皿带进杂质所造成的系统误差，一般可以作空白试验来扣除。

c. 校准仪器 仪器不准确引起的系统误差，可以通过校准仪器来减小其影响。

d. 分析结果的校正 分析过程的系统误差，有时可采用适当的方法进行校正 ⑸除此之外，还需要测试人员在分析测试过程中，严格按照正确的测试手段和方法进行实验，尽量避免人为因素所造成实验数据的不准确性。

五、述原子吸收分光光度法原理及其仪器结构组成。（20分）

答:原子吸收分光光度法是基于物质对光的选择性吸收而建立起来的分析方法。具体说就是利用基态原子对特征光吸收的现象对试样中待测元素进行定量分析的一种相对测量方法。它的基本原理：原子吸收光谱是由原子外层电子选择性地吸收某些波长的电磁波而引起的。原子吸收分光光度法就是根据原子的这一性质建立起来的。以一束特定的入射强光I 0，投射至待测元素的基态原子蒸气，则待测元素的基态原子蒸气对入射的特征光产生吸收，未被吸收的部分投射过去。待测元素浓度C 越大，光的吸收量越多，其透射光强I 越弱。即C 、I 0和I 三者之间存在一定的关系。根据这种关系，并将已知待测元素浓度的标准溶液对光的吸收与试样对光的吸收进行比较，就可求出试样中待测元素的含量（如下图所示）。

仪器结构组成：原子吸收分光光度计的基本组件，有：光源、原子化系统（单色器）、分光系统（比色皿）、检测系统（检测器以及显示装置等）。

六、论述岩矿分析的任务、特点和基本程序。（10分）

答：⑴岩矿分析的任务就是确定物质（岩石或矿石等）的主次要矿物及其主要的化学组成，测量出各组分的含量以及表征物质的化学结构（或者是更精确的进一步详细定名以区分各矿物类别）。上述任务简而言之可以概括为三点，即定性分析、定量分析和结构分析。

⑵岩矿分析的特点主要包括：①种类繁多，成分和结构复杂，含量有高有低，要求分析的项目多样。②称样量变化大且由于样品的复杂性、多样性和不均匀性，因此，必须有一套特定的样品加工工艺③岩矿分析中突出“量”的概念。如测定的数据不可随意取舍；参与反应的物质需要精确称量或量取等④实验性强:强调动手能力；综合性强：涉及化学、生物、物理、电学、光学及计算机等

⑶岩矿分析的基本程序：分析是一个复杂的过程，是从未知、无序走向确定、有序的过程，试样的多样性及分析任务的不同都使分析过程不可能一成不变，所谓的基本程序，也只是各种分析过程中的共性部分。则岩矿分析的基本程序主要包括：①取样②试样分解和分析试样的制备③分离及测定④分析结果的计算和评价

七、近代岩矿测试分析技术研究进展。（20分）

答：70年代以前,岩矿测试分析工作多采用经典显微镜和化学分析为主的传统方法。近20年兴起的岩矿测试物理法是以晶体化学、晶体物理学和量子力学为基础理论,并同射波谱学、结晶学和矿物学相互渗透、相互结合而确立起来的。其中包括X射线谱、电子谱、紫外光电子谱、发光热发光谱、红外光谱、拉曼谱、激光拉曼谱、质谱、核磁共振谱和顺磁共振谱等大型仪器及技术。用以深入测试、研究晶体超显微、超X射线之微结构以及晶体的位错、出溶、晶畴和反相、晶体的有序无序、晶体的择优取向、晶体晶介分布规律等一系列微结构、微形貌现象。此外,对晶体化学领域中的矿物成分,离子占位、配位状态,化学键性,类质同象和

多形变体等亦可提供重要信息。它标志着矿物岩石学科的一次突破性重大变革,实现了微区地质学的测试研究,取得了对矿物物理性质和化学性质的新认识,极大地丰富了矿物岩石学科的理论知识库,其延伸的应用成果必将促进工农业的大发展。下面主要介绍下近来广泛被运用的一些经典的或者说已经被作为常规分析的一些测试方法及手段：

MPV-3显微光度计法是在白光或连续波谱条件下在反射系统中对金属(或矿物)和煤岩片测定其反射率,进行色度学研究;同样,在透射系统中对具颜色的透明矿物可测其透过率(或吸收率),同时还可获取主波长范围内的颜色,进行定量描述,以实现色度学研究。尤其值得一提的是,过去测定矿物包体有机成分通常需将包体打开,取样后再行气相色谱检测,其结果是全岩包体的平均有机成分。中国地质大学(武汉)测试中心与矿床教研室合作,于去年对包体有机成分实施逐个检测(无需打开包体取样),已取得初步成果。另外,在荧光系统下可对发荧光的宝石实施鉴定,以区别真伪。利用色度学原理对某些宝石的改色及其评价也作了较为深入的探讨。

电子显微镜法首用于粘土矿物学研究,近10年来发展很快。它可对矿物微区中的微形貌、微结构现象,甚至在化学成分上都能提供大量地质信息。尽管电子显微镜使人类观察真实结构前进了一大步,但图像却是100x10-10m或更大厚度原子层叠加的结果。在80年代初日本就研制了可分辨原子的透射电子显微镜,近年发展起来的扫描隧道显微镜学,使它不仅具有原子级的分辨率,而且能真实地给出导电物质表面空间三维图象,即在实验室能看到原子。因此,在表面科学、材料科学、化学及生物学等方面均有重大科学意义。

分子光谱法以测试速度快、所需样品少、非晶态物质亦能测定而著称,因而普及甚快,为矿物岩石学家所喜受。其中,红外光谱法的最大进展是色散型红外分光光度计被傅立叶转换红外光谱仪所取代,它不仅使分析速率提高两个数量级(从几分钟缩至1秒钟,甚至仅需0.05秒),而且在全部频率范围内的分辨率相同,这就为从事矿物应变动力学的研究提供了可行性,同时还可了解其化学反应的全过程(不局限于反应前后)。

电感藕合等离子体发射光谱法(CIP-AES)在发射光谱法中是个较大突破,无论在灵敏度、线性范围或在基本效应和多元素测定等诸多方面,均优于经典发射光

谱法,发展十分迅速,已成为地质样品中常量和多元素测定的有力手段。北京岩测所采用该手段首先解决了15种痕量稀土元素的同时测定,促进了地质科学研究,获国家科学进步奖。（最近我样品的微量和稀土元素测试分析就用到了它）在众多痕量元素分析技术中,目前中子活化分析受到地质界极大重视。中子活化分析是以核反应为依据的分析方法。它通过一定能量和流强的中子轰击样品,使稳定的原子核产生裂变,形成放射性原子核,然后测其半衰期或射线能量,进行定性定量分析。它不仅可避免大量放化分离操作,且具快速准确精度高等优点。可应用于宇宙化学研究中的地层事件、陨石和宇宙尘等方面;在地质学领域中主要用于地慢物质、岩石成因和构造环境的研究。

X射线荧光光谱法在技术上已较为成熟,成为硅酸盐分析、化探样品中的多元素测定以及铁矿、铅锌矿和锰结核等主次成分、痕量元素分析的重要手段。近几年来将其与数据处、数字校正模型、试样制备和离子交换纸等分离技术相结合,对痕量或超痕量元素分析又开辟了新的途径。

电子探针分析技术在70年代中期业已成熟,它简便快捷、精度高、分析范围广,不破坏样品,因而在地质科学研究中很快得以推广使用。由于计算机技术的发展,使其自动化程度越来越高,而操作也愈加简便。据不完全统计表明,世界上使用该项技术所发现的新矿物到1989年截止达600余种,如赤路矿和彭志中石等。在对铂族元素新矿物的发现和研究显得更加突出。此外,近年来采用电子探针,离子探针和透射电镜等微束分析技术,在研究黄铁矿中的超显微“不可见金”的赋存状态,也取得了重要成果。

核磁共振法已被广泛用于类质同象,金属离子占位和超微细结构方面的研究。如原被认定为单斜晶系的正长石,经该法研究后发现,是由众多三斜晶系超X射线双晶所构成的,因此,现已将正长石冠以假单斜晶系之称。

目前被认为对促进地质科学发展最有前景的是加速器质谱仪。它是通过势场使离子加速,通过磁场进行同位素分离,再测定同位素浓度的一种新技术。它除测定14C而外,特别是对`“10Be、和36C126AI的测定,可用作确定各种沉积物的沉积速度和锰核生长速度等。另外,该法还可应用187Re/187Os进行年龄测定。由于这些进展,同位素示踪剂在深部地质、灾害地质和环境地质的研究中,正发挥出前所未有的新作用。目前利用此项技术对大陆地壳进行“填图”已成现实,其中包括

矿物岩石形成年龄,原始岩石物质与性质,以及它们是如何从上地慢分离出来的等等。国外正试图将重力、磁力、地震、高温高压等数据进行综合研究,以获取地慢图象。