1樓：中地數媒
礦物化學成分的分析方法有常規化學分析，電子探針分析，原子吸收光譜、鐳射光譜、x射線熒光光譜，等離子光譜和極譜分析，中子活化分析及等離子質譜分析等。
在選擇成分分析方法時，應注意檢測下限和精密度。
檢測下限（又稱相對靈敏度）指分析方法在某一確定條件下能夠可靠地檢測出樣品中元素的最低含量。顯然，檢測下限與不同的分析方法或同一分析方法使用不同的分析程式有關。
精密度（又稱再現性或重現性）指某一樣品在相同條件下多次觀測，各資料彼此接近的程度。通常用兩次分析值（c1和c2）的相對誤差來衡量分析數值的精密度。即
相對誤差re=
×100%
常量元素（含量大於或等於0.1%）分析中，根據要求達到分析相對誤差的大小，對分析資料的精密度作如下劃分：
定量分析：re＜±5%近似定量分析：re＜±（5～20）%
半定量分析：re=（20～50）%
定性分析：re＞±100%
定量分析要求主要是對常量組分測定而言的，微量組分測定要達到小於±5%的相對誤差則比較困難。
1.化學分析法
化學分析方法是以化學反應定律為基礎，對樣品的化學組成進行定性和定量的系統分析。由於化學分析通常是在溶液中進行化學反應的分析方法，故又稱「溼法分析」。它包括重量法、容量法和比色法。
前兩者是經典的分析方法，檢測下限較高，只適用於常量組分的測定；比色法由於應用了分離、富集技術及高靈敏顯色劑，可用於部分微量元素的測定。
化學分析法的特點是精度高，但週期長，樣品用量較大，不適宜大量樣品快速分析。
2.電子探針分析法
電子探針x射線顯微分析儀，簡稱電子探針（empa）。它是通過聚焦得很細的高能量電子束（1μm左右）轟擊樣品表面，用x射線分光譜儀測量其產生的特徵x射線的波長與強度，或用半導體探測器的能量色散方法，對樣品上被測的微小區域所含的元素進行定性和定量分析。樣品無論是顆粒，還是薄片、光片，都可以進行非破壞性的分析。
電子探針的主體由電子光學系統、光學顯微鏡、x射線分光譜儀和影象顯示系統4大部分組成。此外，還配有真空系統、自動記錄系統及樣品臺等（圖24-3）。其中測定樣品成分的可分為x射線波譜儀和x射線能譜儀，過去電子探針只採用前者，因為它解析度高，精度高，但速度慢。
現代新型電子探針一般兩者皆用。能譜分析方法可做多元素的快速定性和定量分析，但精度較前者差。
圖24-3 電子探針結構示意圖
電子探針可測量元素的範圍為4be—92u。靈敏度按統計觀點估計達十萬分之三，實際上，其相對靈敏度接近萬分之一至萬分之五。一般分析區內某元素的含量達10-14就可感知。
測定直徑一般最小為1μm，最大為500μm。它不僅能定點作定性或定量分析，還可以作線掃描和麵掃描來研究元素的含量和存在形式。線掃描是電子束沿直線方向掃描，測定幾種元素在該直線方向上相對濃度的變化（稱濃度分佈曲線）。
面掃描是電子束在樣品表面掃描，即可在熒屏上直接觀察並拍攝到該元素的種類、分佈和含量（**中白色亮點的稠密程度表示元素的濃度）。目前，電子探針已卓有成效地應用於礦物的成分分析、鑑定和研究等各個方面。
值得注意的是，電子探針一個點的分析值只能代表該微區的成分，並不是整個礦物顆粒的成分，更不能用來代表某工作區該礦物的總體成分。因為在礦物中元素的分佈是不均一的，不能「以點代面」。對微米級不均勻的礦物，只有採用適當的多點測量，以重現率高的點為依據討論礦物成分的特徵和變化，才能得到較可靠的認識。
此外，電子探針對查明混入元素在礦物中存在形式的能力是有限的。它能分析已構成足夠大小的礦物相的機械混入物，而對以類質同象混入物形式存在的元素，電子探針是無能為力的。要解決這個問題，必須用綜合的手段。
應當指出，根據在電子探針面掃描影象上，將分佈均勻的混入元素視為類質同象混入物的依據是不夠充分的，因為混入元素的均勻分佈，並不都是因為呈類質同象形式所引起，還可以由固溶體分解而高度離散所致。而現代電子探針的解析度（約7.0μm），還不能區分它們，需要用高分辨的透射電鏡（解析度達0.
5～1nm，相當於2～3個單位晶胞）、紅外光譜分析、x射線結構分析等方法相互配合，才能解決混入元素在礦物中存在的形式問題。
電子探針分析法對發現和鑑定新礦物種屬起了重要的作用。這是由於電子探針在微區測試方面具有特效，因而對於難以分選的細小礦物進行鑑定和分析提供了有利條件。如對一些細微的鉑族元素礦物、細小硫化物、硒化物、碲化物的鑑定都很有成效。
電子探針也有它的侷限性。例如，它不能直接測定水（h2o，oh）的含量；對fe只能測定總含量，不能分別測出fe2+和fe3+含量等。
電子探針分析的樣品必須是導電體。若試樣為不導電物質，則需將樣品置於真空噴塗裝置上塗上一薄層導電物質（碳膜或金膜），但這樣往往會產生難於避免的分析誤差，同時也影響正確尋找預定的分析位置。樣品表面必需儘量平坦和光滑，未經磨光的樣品最多隻能取得定性分析資料，因為樣品表面不平，會導致電子激發樣品產生的x射線被樣品凸起部分所阻擋，所得x射線強度會減低，影響分析的精度。
3.光譜類分析法
光譜類分析法是應用各種光譜儀檢測樣品中元素含量的方法。此類分析方法很多，目前我國以使用發射光譜分析（es）、原子吸收光譜分析（aa）、x射線熒光光譜分析（xrf）和電感耦合等離子發射光譜（icp）、原子熒光光譜（af）、極譜（pol）等較為普遍。它們的特點是靈敏、快速、檢測下限低、樣品用量少。
適於檢測樣品中的微量元素，對含量大於3%者精度不夠高。
光譜分析的基本原理概括起來是：利用某種試劑或能量（熱、電、粒子能等）對樣品施加作用使之發生反應，如產生顏色、發光、產生電位或電流或發射粒子等，再用光電池、敏感膜、閃爍計數器等敏感元件接收這些反應訊號，經電路放大、運算，顯示成肉眼可見的訊號。感光板、表頭、數字顯示器、熒光屏或印表機等都是顯示輸出裝置。
光譜分析的流程見圖24-4。
圖24-4 光譜分析流程圖
4.x射線光電子能譜分析法
x射線光電子能譜儀由激發源、能量分析器和電子檢測器（探測器）三部分組成。其工作原理是：當具有一定能量hv的入射光子與樣品中的原子相互作用時，單個光子把全部能量交給原子中某殼層上一個受束縛的電子，這個電子因此獲得能量hv。
如果hv大於該電子的結合能eb，該電子就將脫離原來的能級。若還有多餘能量可以使電子克服功函式ϕ，電子將從原子中發射出去，成為自由電子。由入射光子與原子作用產生光電子的過程稱光電效應。
只有固體表面產生的光電子能逸出並被探測到。所以光電子能譜所獲得的是固體表面的資訊（0.5～5nm）。
光電過程存在如下的能量關係：
hv=eb+ek+er
式中：er為原子的反衝能；eb為電子結合能；ek為發射光電子的動能。er與x射線源及受激原子的原子序數有關（隨原子序數的增大而減小），一般都很小，從而可以忽略不計。
ek可實際測得，hv為x射線的能量，是已知的。因此從上式可算出電子在原子中各能級的結合能（結合能是指一束縛電子從所在能級轉移到不受原子核吸引並處於最低能態時所需克服的能量）。光電子能譜就是通過對結合能的計算並研究其變化規律來了解被測樣品的元素成分的。
x射線光電子能譜儀可用於測定固、液、氣體樣品除h以外的全部元素，樣品用量少（10-8g），靈敏度高達10-18g，相對精度為1%，特別適於做痕量元素的分析，而且一次實驗可以完成全部或大部分元素的測定，還可選擇不同的x射線源，求得不同電子軌道上的電子結合能，研究化合物的化學鍵和電荷分佈等，還可測定同一種元素的不同種價態的含量。
5.電感耦合等離子質譜分析法
電感耦合等離子體質譜（inductively coupled plasma mass spectrometry，簡稱icp-ms）技術是2023年代發展起來的、將等離子體的高溫（8000k）電離特性與四極杆質譜計的靈敏快速掃描優點相結合而形成的一種新型的元素和同位素分析技術。
icp-ms的工作原理及其分析特性：在 icp-ms 中，等離子體作為質譜的高溫離子源（7000k），樣品在通道中進行蒸發、解離、原子化、電離等過程。離子通過樣品錐介面和離子傳輸系統進入高真空的四極快速掃描質譜儀，通過高速順序掃描分離測定所有離子，掃描元素質量數範圍從6到260，並通過高速雙通道分離後的離子進行檢測，直接測定的濃度範圍從10-12到10-6。
因此，與傳統無機分析技術相比，icp-ms技術提供了最低的檢出限、最寬的可測濃度範圍，具有干擾最少、分析精密度高、分析速度快、可進行多元素同時測定以及可提供精確的同位素資訊等分析特性。
icp-ms的譜線簡單，檢測模式靈活多樣，主要應用有：①通過譜線的質荷之比進行定性分析；②通過譜線全掃描測定所有元素的大致濃度範圍，即半定量分析，不需要標準溶液，多數元素測定誤差小於20%；③用標準溶液校正而進行定量分析，這是在日常分析工作中應用最為廣泛的功能；④利用icp-ms測定同位素比值。
在礦物研究方面的應用有：礦物稀土、稀散以及痕量、超痕量元素分析；鉑族元素分析；溴、碘等非金屬元素的分析；同位素比值分析；鐳射剝蝕固體微區分析等。
6.穆斯堡爾譜
穆斯堡爾譜為一種核γ射線共振吸收譜。產生這種效應的約有40多種元素、70多種同位素。目前得到廣泛應用的是57fe和119sn。
圖24-5 某透閃石石棉的穆斯堡爾圖譜
由於地殼中鐵的分佈相當廣泛，很多礦物都含鐵，因此鐵的穆斯堡爾譜已成為礦物學研究中一個重要課題。應用這種方法可以測定晶體結構中鐵的氧化態、配位以及在不同位置上的分佈等。圖24-5 為某一透閃石石棉的穆斯堡爾譜，圖中顯示了 fe2+離子在兩種八面體配位位置m1和m2中的分配情況，aa′雙峰表示m1位的fe2+，cc′雙峰表示m2位的fe2+。
穆斯堡爾譜技術可鑑定鐵、錫礦物種類；確定礦物中鐵、錫的氧化態（如 fe3+，fe2+含量及比值）、電子組態（如低自旋、高自旋）、配位狀態及化學鍵；確定鐵、錫離子的有序度、類質同象置換及含鐵、錫礦物的同質多象變體；進而**不同溫壓下礦物的相轉變過程。
穆斯堡爾技術目前還不太成熟，通常要求低溫工作條件，可測的元素種類不多，譜線解釋理論也不夠完善，但卻是礦物學研究中一個很有遠景的新技術。
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