第29卷

    2001年7月 分析化学 (FENXI HUAXUE) 研究报告

    Chinese Journal of Analytical Chemistry

    第7期

    845～851

    地质分析的历史发展及当今热点

    王毅民3

    王晓红 高玉淑

    (中国地质科学院测试所 ,北京 100037)

    摘 要 简要回顾了地质分析技术的历史与发展 ,分析了当代地学研究对地质分析提出的新要求和当

    前分析科学所能提供的基础条件 ,评价和展望了现代地质分析的重要领域和热点技术:整体分析 ,显微

    分析技术的发展及对气体地球化学分析、现场分析、地质标准物质和“绿色”分析技术的需求。“地质分

    析”从“岩矿分析”走来 ,并将向涉及更广领域的“天然材料分析”扩展。整体分析、显微分析、有机和无机

    生化分析将是其3个重要发展方向。

    关键词 地质材料 ,分析技术 ,评述

    2000207213收稿;2000211202接受

    本文系“中国大洋矿产资源研究开发”国家专项基金资助课题(DY95205209)

    1 引 言

    地质材料是人类社会发展中最重要、最基本的原材料 ,种类繁多、成分复杂 ,几乎涉及到天然存在的

    所有元素 ,而且其含量跨度达10多个数量级。因此地质材料分析不仅是分析化学中最古老、最广泛的

    应用领域 ,而且也是各应用领域中最复杂的任务之一〔 1〕。当今 ,在现代科学技术的推动下 ,地学研究的

    领域不断扩展并向纵深发展 ,向地质分析提出了一系列新课题;同时分析化学也在经历着深刻变革 ,为

    各应用领域的发展创造了前所未有的良好条件〔 2〕。在此情况下 ,回顾地质分析的历史与发展 ,展望其前

    景 ,对于加速地质分析技术的创新和跨越式发展是十分有益的。

    2 历史与发展

    岩石矿物分析的历史 ,应该说与分析化学是同源的 ,甚至与元素发现的历史也是相伴的〔 3〕。在分析

    化学的早期发展中 ,岩石矿物分析长期处于无机分析的前沿。从18世纪到19世纪中期 ,天然矿物材料

    的化学组成一直是许多化学家的热门课题〔 4〕。甚至到了20世纪中期 ,化学性质极为相似的Nb和 Ta ,Zr

    和 Hf 及稀土元素的分离与分析仍是分析化学的难题。岩矿分析不仅为元素的发现、矿产资源的开发利

    用和近代工业革命作出贡献 ,而且也推动了地学的发展 ,特别是成为岩石学、矿物学、地球化学、同位素

    地质学及年代学的基础。地球化学的奠基人克拉克就是一位著名分析化学家 ,岩矿分析者〔 5〕。地质分

    析近一个世纪的发展大体经历了三个主要发展阶段。

    20世纪50年代前 ,地质分析主要以湿化学方法为主。以硅酸岩、碳酸岩岩石主要组分系统分析流

    程的确定和以 EDTA为主的快速分析流程的建立是这一时期的最主要成果〔 6～8〕。它为地质材料基本组

    分的研究奠定了方法基础 ,成为地质分析发展历史中一个重要里程碑。

    20世纪50至70年代 ,是多种仪器分析技术相继出现和迅速发展的时期 ,特别是原子吸收光谱

    (atomic absorption spectrometry ,AAS) 、 X射线荧光光谱(X2ray fluorescence spectrometry ,XRF)和中子活化分

    析(neutron activation analysis ,NAA)技术的引入大大改变了岩石矿物分析的面貌:主、次量组分的分析更

    加迅速和准确并在许多实验室开始用 XRF代替传统的手工操作的全分析流程;痕量元素分析得到迅速

    发展 ,多种痕量元素分析方法层出不穷、互为补充 ,使检出限不断改善;电子微束分析技术的引入开辟了

    微区矿物学研究的新天地 ,根本改变了“单矿物”分析依赖湿化学分析的做法。这是地质分析发展中最

    活跃的时期 ,也是新的飞跃的前奏。反映这一时期成就的专著相继面世〔 9～14〕。

    20世纪80、 90年代 ,随着现代科技的进步 ,特别是电子计算机的普遍应用使分析技术得以迅速发

    展 ,使之快速进入自动化、智能化和信息化时代。电感耦合等离子体发射光谱(inductively coupled plasmaatomic emission spectrometry , ICP 2AES)特别是电感耦合等离子体质谱(inductively coupled lasma mass spec2

    trometry , ICP 2MS)的引入 ,使传统的岩矿分析格局发生重大变化: ①现代化的仪器分析方法在各地质实验

    室成为日常分析的主角 ,高精度、高准确度、低检出限及高自动化的多元素(包括同位素)同时分析是其

    突出特点 ,地质分析的整体分析技术已相当成熟; ②微区分析特别是微区痕量分析及元素微区分布特征

    研究手段迅速崛起 ,并确定了它在地质分析中的重要地位。与整体分析一样 ,显微分析也已发展成为一

    个从主、次量到痕量、超痕量的完整分析体系。可喜的是总结这些成果的专著也是很丰富的〔 15～20〕。

    专业学术期刊和国际会议更具体地记录了其发展历程。美国“分析化学” (Anal . Chem. )每两年一次

    的应用评论(Application Reviews)从1975年起开列“地质与无机材料”专题〔 21〕;除著名的分析化学和地球

    化学期刊( “Analyst”, “Talanta”, “Chemical Geology”, “Geochimica et Cosmochimica Acta”等)外 ,更专业性的

    期刊 ———地质标样通讯(Geostandards Newsletter) 1977年创刊(1997 年起扩展为 The Journal of Geostandards

    and Geoanalysis) ;1990年 ,Geoanalysis 90′在加拿大召开;1997年 6 月国际地质分析者协会创立。从此“地

    质分析” ( “geoanalysis” )一词已为越来越多的分析者所接受 ,它比“岩矿分析”具有更广泛、更深刻的内

    涵 ,更能表达地质材料分析领域的现代发展〔 22 ,23〕。

    随着我国地质事业的发展 ,各类地质实验室相继建立 ,至 90 年代中仅地矿部门的地质实验室就达

    400余个 ,再加冶金、有色、建材、化工煤炭、石油、核工业等部门 ,从业技术人员超万人。近 50 年来 ,为

    地质矿产事业的发展解决了一系列分析技术难题 ,获得多项国家及省部级奖励〔 24〕。其技术方法总结集

    中反映在 1959 年出版的《矿物原料分析》和其后经两次 (1974 , 1991) 修改再版的《岩石矿物分析》

    中〔 25～27〕。另外 ,张壳殳〔 28〕、赵中一〔 29〕、张承亮〔 30〕 和周剑雄〔 31〕 等的专著也从不同侧面反映了我国地质分

    析技术的发展。

    全国岩矿分析经验交流会1980年在桂林召开〔 32〕,其后每五年举行一次;1982 年《岩矿测试》 ( “The

    Journal of Rock and Mineral Analysis ” )创刊 ,为岩矿分析成果的及时交流开辟了专业园地。

    3 当前的地学需求及分析技术的基础条件

    地学发展对分析技术的需求是地质分析发展的原动力;分析科学技术的进步是其发展的必要条件。

    3. 1 现代地学对分析技术的新需求

    传统地学研究的主要是地球自身特别是地壳 ,因而有许多难解之谜。当人们从天文角度把地球放

    在整个宇宙背景中并与其他天体对比研究时 ,大大开阔了地学家们的眼界;当人们从占地球表面 71 %

    的海洋和全球观点来研究时 ,人们的地球观就发生了巨大变化;当人们认识到保护地球这个人类共同的

    生存环境是当代地学研究的一个极重要而又迫切的任务时 ,环境地学上升到了重要地位 ......