地球化学分析技术及数据处理全册配套最完整精品课件2.pptx

1、地球化学分析技术及数据处理地球化学分析技术及数据处理 全册配套最完整精品课件全册配套最完整精品课件2 地球化学分析技术及数据处理地球化学分析技术及数据处理 课课 程程 安安 排排 地球化学分析技术简介和进展 14周 重点地球化学分析技术介绍 58周 地球化学数据处理 911周 案例剖析 1214周 讨 论 1517周 课程论文 18周 参考资料参考资料 刘淑萍刘淑萍. .分析化学实验教程分析化学实验教程. .北京北京: :冶金出版冶金出版 社社.2004.2004 王秀萍王秀萍. .仪器分析技术仪器分析技术. .北京北京: :化学工业出版化学工业出版 社社.2003.2003 杭州大学化学系分

2、析化学教研室编杭州大学化学系分析化学教研室编. .分析化分析化 学手册学手册( (第一分册第一分册).).北京北京: :化学工业出版化学工业出版 社社.1997.1997 光谱学与光谱分析光谱学与光谱分析. 北京大学出版社北京大学出版社 岩石矿物分析编写组岩石矿物分析编写组. .岩石矿物分析岩石矿物分析 第一第一 分册分册( (第三版第三版).).北京北京: :地质出版社地质出版社.1991.1991 岩石矿物分析编写组岩石矿物分析编写组. .岩石矿物分析岩石矿物分析 第二第二 分册分册( (第三版第三版).).北京北京: :地质出版社地质出版社.1991.1991 张毂张毂 . .岩石矿物分

3、析岩石矿物分析. .北京北京: :地质出版地质出版 社社.1986.1986 王汝成等王汝成等. .地球科学现代测试技术地球科学现代测试技术. .南京南京: :南南 京大学出版社京大学出版社.1999.1999 李献华, 刘颖, 涂湘林, 等. 硅酸盐岩石化学组 成的ICP-AES 和ICP-MS 准确测定: 酸溶与碱 熔分解样品分析方法的对比 J . 地球化学, 2002, 31( 3) : 289 李月芳, 姚檀栋, 王宁练, 等. 电感耦合等离子 体质谱直接测定冰芯样品中痕量铅 J . 岩矿 测试, 2001, 20( 1) : 11-14. 陈树榆, 孙梅, 余明华, 等. 脱线柱预富

4、集ICP-MS 法测定南极水样中的痕量元素 J . 分析实验室, 2002, 21( 1) : 16-20. 苏文超, 胡瑞忠, 漆亮, 等. 黔西南卡林型金矿床 流体包裹体中微量元素研究 J . 地球化学, 2001, 30( 6) : 512-516. JAMES C E, NEAL C R, NE ILL J A O, et al. Quant ifying the plat inum group elements ( PGEs ) and gold in geological samples using cation exchange pret reatment and ult-ras

5、onic nebulizat ioninductively coupled plasma mass spectrom etry ( USN-ICP-MS ) J . Chem G eol , 1999, 157: 219-234. HASSLER D R, PEUCKER-EHRENBRINK B, RAVIZZA GE. Rapid determ ination of Os isotopic com position by spargingOsO4 into a magnet ic-sector ICP-MS J . Chem Geol , 2000,166 ( 1-2) : 1. TOWN

6、SEND A T . Enhancedsensit ivity for Os isot ope ratios by magnet icsector ICP-MS with a capacitive decoupling Pt guard eletrode J . Fr esenius J Ana Chem , 2000, 367(7) : 614-620. 前 言 一、什么是地球化学 地球化学是研究地球的化学组成、化学作 用和化学演化的科学，它是地质学与化学、地质学与化学、 物理学物理学相结合而产生和发展起来的边缘学 科。 地球化学主要研究地球 和地质体地质体中元素 及其同位素的组成、分组成、

7、分 布布；研究揭示元素及其 同位素的迁移、富集迁移、富集和 分散规律规律； 地球化学分析地球化学分析的意义的意义 是是地球科学研究中的一个重要组成部分地球科学研究中的一个重要组成部分。 分析分析数据也是各种地球科学研究成果中的数据也是各种地球科学研究成果中的 重要依据。重要依据。 分析分析的成果的成果, ,直接关系到国家矿产资源直接关系到国家矿产资源 的储量计算的储量计算, ,也是将来开采也是将来开采, ,冶炼冶炼, ,设计设计 工作的工作的重要基础重要基础. . 分析分析的特点的特点 种类繁多，成分和结构复杂，含量有高有低，要种类繁多，成分和结构复杂，含量有高有低，要 求分析的项目多样求分析

8、的项目多样; ; 称样量变化大；称样量变化大； 由于样品的复杂性、多样性和不均匀性，因此，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；在分析前将样必须有一套特定的样品加工工艺；在分析前将样 品制成有代表性的分析试样。品制成有代表性的分析试样。 早期的地球化学工作者如著名的早期的地球化学工作者如著名的克克 拉克拉克和和华盛顿华盛顿本身就是分析化学家本身就是分析化学家 许多勘查地球化学工作者同时也是许多勘查地球化学工作者同时也是 分析人员，他们在现场进行样品分分析人员，他们在现场进行样品分 析，对分析资料的意义了如指掌，析，对分析资料的意义了如指掌， 对结果的解释准确

9、恰当对结果的解释准确恰当 测试分析技术的发展趋势测试分析技术的发展趋势 20世纪世纪60年代前，地球化学分析主要以传年代前，地球化学分析主要以传 统化学方法为主统化学方法为主 7080年代，随着年代，随着痕量元素痕量元素研究的需求和研究的需求和 分析技术的进步，多种仪器分析技术得到分析技术的进步，多种仪器分析技术得到 迅速发展迅速发展 90年代以来，年代以来，电子计算机电子计算机的普遍应用使岩的普遍应用使岩 矿分析进入自动化、智能化和信息化时代。矿分析进入自动化、智能化和信息化时代。 自动化 智能化 x射线荧光(XRF)技术的智能化、电感耦合等 离子体发射光谱(ICPAES)的进一步完善与电

10、感耦合等离子体质谱(I CPMS)的发展，使岩 矿分析格局发生重大变化 现代化的多元素仪器分析多元素仪器分析技术已成为主流、 包括全部稀土元素在内的许多痕量元素日 常分析成为主角 随着分析技术的深入与扩展，分析的对象 已不仅仅是传统的无机固态岩石及矿物， 气、液、流体包体、软物质气、液、流体包体、软物质、冰心、生物 体及化石等都成为地质分析的对象 元素组成、结构测定、形貌观察、形态、 价态、同位素、有机成分等都成了岩矿分 析的内容 矿物微形貌、形态观察 微区原位分析及元素微区分布特征、同位 素比值和年 代学测定等都成了现代地球化 学分析的重要组成部分 微区原位分析微区原位分析已成为地质分析的重

11、要发展 方向；同位素分析已成为地质与环境分析环境分析 的新热点 微区原位分析 自动化、智能化自动化、智能化的多元素同时分析技术将 成为整体分析(主、次、痕量元素)日常应用 的主要手段；无污染的“绿色”分析技术 将成为未来测试技术发展的重要前提。 在分析技术上，在分析技术上，除除常量元素分析外，还要求在常量元素分析外，还要求在 同一试样中进行同一试样中进行多种痕量超痕量多种痕量超痕量组份的定量分组份的定量分 析析； 要求要求用极少量试样甚至用极少量试样甚至不破坏样品不破坏样品的多组份定的多组份定 量分析量分析； 要求要求尽可能的现场分析和原位分析；甚至还要尽可能的现场分析和原位分析；甚至还要 求

12、对地下深部不经采样而进行求对地下深部不经采样而进行遥控分析遥控分析以及宇以及宇 宙天体的采样分析和宙天体的采样分析和遥测遥测分析等。分析等。 地球化学分析技术发展地球化学分析技术发展的总趋势的总趋势 力求提高分析方法的力求提高分析方法的准确度准确度, ,灵敏度灵敏度和和 分析分析速度速度; ; 力求能够进行极少量试样的分析以及力求能够进行极少量试样的分析以及 进行不破坏试样的分析进行不破坏试样的分析; ; 探索探索自动分析和遥控分析的新技术自动分析和遥控分析的新技术. . 随着地球科学的不断发展，分析对象和分析任随着地球科学的不断发展，分析对象和分析任 务不断扩大和复杂化，从而对岩矿分析工作的

13、务不断扩大和复杂化，从而对岩矿分析工作的 要求也日益增多和提高要求也日益增多和提高。 除除常量元素分析外，还要求在同一试样中进行常量元素分析外，还要求在同一试样中进行 多种痕量超痕量组份的定量分析多种痕量超痕量组份的定量分析； 要求要求用极少量试样甚至不破坏样品的多组份定用极少量试样甚至不破坏样品的多组份定 量分析量分析； 要求要求尽可能的现场分析和原位分析；甚至还要尽可能的现场分析和原位分析；甚至还要 求对地下深部不经采样而进行遥控分析以及宇求对地下深部不经采样而进行遥控分析以及宇 宙天体的采样分析和遥测分析等。宙天体的采样分析和遥测分析等。 样品样品 加工制备加工制备 分解分解(消解消解)

14、 酸分解酸分解熔融分解熔融分解 半熔分解半熔分解微波分解微波分解 稀释定容稀释定容 AASICP-AESICP-MSXRF其他方法 测试分析测试分析的基本程序的基本程序 分析结果的审查分析结果的审查 对照试验（双份平行测定、基本分对照试验（双份平行测定、基本分 析和检查分析、应用标准试样或管析和检查分析、应用标准试样或管 理试样、采用不同分析方法、外部理试样、采用不同分析方法、外部 检查）检查） 全分析结果总和全分析结果总和 加入标准试验加入标准试验 学学 习习 要要 求求 在学习本课程的过程中在学习本课程的过程中，要了解，要了解和掌握和掌握一一 些地球化学分析（些地球化学分析（包括仪器分析）

15、的基础包括仪器分析）的基础 知识知识和基本实验和基本实验技能；技能； 掌握相关地质基础理论知识和主要的地球掌握相关地质基础理论知识和主要的地球 化学测试基本原理化学测试基本原理。 是一门实践性是一门实践性 很强的课程很强的课程. .在教学过程中，必须重视实验在教学过程中，必须重视实验 课教学课教学，必要时要亲手进行实验操作（采，必要时要亲手进行实验操作（采 样、选样、碎样，样品置备，上机等），样、选样、碎样，样品置备，上机等）， 熟悉操作原理，严格熟悉操作原理，严格按规定要求按规定要求，培养严，培养严 谨谨的科学实验态度，提高分析问题和解决的科学实验态度，提高分析问题和解决 问题的能力。问题的

16、能力。 勤思考，多查阅相关资料，学会实验勤思考，多查阅相关资料，学会实验 数据的应用和处理数据的应用和处理 通过实用案例分析，利用所给地球化通过实用案例分析，利用所给地球化 学数据进行分析，并解释其地质意义学数据进行分析，并解释其地质意义 可上台演示，进行讨论。最后完成期可上台演示，进行讨论。最后完成期 末论文末论文 第一章 地球化学样品分析 主要内容 地球化学样品分析是获取地球化学信息资料的 最重要环节。 随着科学技术的不断进步，各种分析仪器也更 先进、复杂、专业。 地球化学工作者应当掌握地球化学样品分析原分析原 理，理，以使野外采样布局和样品采集、分析科学、 合理。 、地球化学样品分析的特

17、点和要求、地球化学样品分析的特点和要求 、分析误差及分析质量监控、分析误差及分析质量监控 、地球化学样品分析方法、地球化学样品分析方法 一、地球化学样品分析的特点和要求 1、地球化学样品分析常用术语 2、地球化学样品分析的特点 3、地球化学样品分析的要求 1、地球化学样品分析常用术语 检出限检出限定义为某一分析方法或分析仪器能 可靠地测试出样品中某一元素的最小重量或 质量（g或n g）(微克或纳克）。 国际分析化学会议国际分析化学会议规定，重复分析（10次） 元素含量产生的讯号相当于10倍噪音水平的 试样，其标准离差三倍标准离差三倍相对应的含量为该方 法的检出限。 背景噪音随机分布示意图背景噪

18、音随机分布示意图 时间或测定次数时间或测定次数 背景噪音随机分布示意图背景噪音随机分布示意图 时间或测定次数时间或测定次数 背景噪音背景噪音 3倍噪音标准偏差倍噪音标准偏差 未检出未检出 检出检出 检出限检出限 检出限检出限示意图示意图 灵敏度和精确度灵敏度和精确度 分析灵敏度指某一分析方法在一确定 条件下能够可靠地检测出的最低含量检测出的最低含量 （egg/g g/L或10-610-12），有的分析 人员称之为检出下限检出下限。 准确度准确度指样品分析含量值与样品的真 实含量值接近的程度接近的程度 精确度又称精密度精密度或重现性。 分析灵敏度灵敏度指某一分析方法在一确 定条件下能够可靠地检测

19、出的最低含量含量 （g/g g/L或10-6，10-12），有的分析人 员称之为检出下限检出下限。 影响因素主要有： 分析方案 仪器性能 待测元素 精确度与准确度精确度与准确度 精确度精确度 Precision 又称精密度或又称精密度或重现性重现性。精确度表征平行测量值的。精确度表征平行测量值的 相互符合程度。精确度用相互符合程度。精确度用相对标准偏差相对标准偏差表示。表示。 RSD %/C/C 是是n次测量的标准偏差，次测量的标准偏差，C是是n次测量的算术平均值次测量的算术平均值 化探工作者常用化探工作者常用相对误差相对误差（RE% ）来衡量分析资料的精确）来衡量分析资料的精确 度。度。 %

20、100 2/ )( % 21 12 CC CC RE 准确度准确度 Accuracy 准确度表征准确度表征测量值与真实值的符合程度测量值与真实值的符合程度。 准确度用误差表示。实际分析准确度通过分析准确度用误差表示。实际分析准确度通过分析地球化学标准地球化学标准 样样（或标准参考物质）来实现。通常用含量值的对数差或相（或标准参考物质）来实现。通常用含量值的对数差或相 对误差表示：对误差表示： 其中：其中：Cs为标准样的推荐值，为标准样的推荐值，C为为n次分析该标准样的平均值次分析该标准样的平均值 %100(%) lglglg s s s C CC RECCC或 准确度与精确度的关系准确度与精确

21、度的关系 1 1、精确度是保证准确度的、精确度是保证准确度的前提前提。 2 2、精确度高，不一定准确度就高。、精确度高，不一定准确度就高。 地球化学标准样地球化学标准样 标准参考物质是国家标推局或高级实验研 究机构联合研制发行的，化学组成经过多多 家研究机构实验室、多种方法、多次精密家研究机构实验室、多种方法、多次精密 测定测定、化学组成均匀、稳定的一组样品。 由国际认可的国际权威机构发行的标准物 质称为国际标样国际标样，由国家标准局发行的标 准物质称为国家一级标样。国家一级标样。GSDGSD 国家标准样品的分类 我国国家标准样品（即国家标准样品）分为我国国家标准样品（即国家标准样品）分为16

22、类，按行业类，按行业 类分类，由两位阿拉伯数字组成：类分类，由两位阿拉伯数字组成： （01）地质、矿产成份；）地质、矿产成份； （02）物理特性与物理化学特性；）物理特性与物理化学特性； （03）钢铁成份；（）钢铁成份；（04）有色金属成份；）有色金属成份； （05）化工产品成份；）化工产品成份； （06）煤炭石油成份和物理特性；）煤炭石油成份和物理特性； （07）环境化学分析；（）环境化学分析；（08）建材产品成份分析；）建材产品成份分析； （09）核材料成份分析；（）核材料成份分析；（10）高分子材料成份分析；）高分子材料成份分析； （11）生物、植物、食品成份分析；）生物、植物、食品成份

23、分析； （12）临床化学（）临床化学（13）药品；（）药品；（14）工程与技术特性；）工程与技术特性； （15）物理与计量特性；（）物理与计量特性；（16）其他）其他 标准样品的编号 国家实物标准样品的编号为国家实物标准的 汉语拼音“Guo Jia Shi Wu Biao Zhun”中 “Guo”“Shi”“Biao”三个字的字头作为国家实 物标准的代号“GSB”表示，加上标准文献 分类法的一级类目、二级类目的代号与二 级类目范围内的顺序号、年代号相结合的办 法组成： 如：如：GSB 07-1019-1999 工业固体废弃物无机元素监测标样工业固体废弃物无机元素监测标样，铬渣，铬渣 标准物质的

24、作用标准物质的作用 评价性评价性 溯源性溯源性 保证性保证性 评价性：评价性：验证、评价、验证、评价、 鉴定新技术和新方法鉴定新技术和新方法 溯源性：溯源性： 基本测基本测 量单位量单位 绝对法绝对法 一级标准物质一级标准物质 标准参考方法标准参考方法 二级标准物质二级标准物质 现场方法现场方法 评价和发展现场方评价和发展现场方 法、工作标准物质、法、工作标准物质、 日常质量控制日常质量控制 评价和发展标准参考评价和发展标准参考 方法、二级标准物质、方法、二级标准物质、 严格的质量控制严格的质量控制 保证性：保证性：在长期的质量控制中起着保证作用在长期的质量控制中起着保证作用 2、地球化学样品

25、分析的特点地球化学样品分析的特点 1采集样品数量大满足代表性 如1：20万水系沉积物测量，需要近8000件样 品 2分析项目多 如水系沉积物普查，39-43种元素 矿区化探，也有10多种，包括主元素，伴生 元素、前缘晕元素，尾晕元素等 3样品性质多样 几乎采集了地表一切天然物质： 岩石、土壤、水系沉积物、水、植物、气体； 环境地球化学还需要采集生物活体、血液、毛 发等 样品的制备、预处理、保存十分复杂 4元素含量变化大 由于元素地球化学分布的不均一性十分明显 元素含量变化可达十几个数量级 3 3、地球化学样品分析技术的要求、地球化学样品分析技术的要求 1 1）要求较高的）要求较高的灵敏度和分辨

26、率灵敏度和分辨率 2 2）要求分析有足够的准确度和精确度）要求分析有足够的准确度和精确度 3 3）要求分析测试方法有足够大的量程）要求分析测试方法有足够大的量程 4 4）经济、快速）经济、快速 5 5）多元素同时测定多元素同时测定 6 6）要求对元素的）要求对元素的赋存状态、价态赋存状态、价态的分析的分析 要求较高的灵敏度和分辨率 灵敏度灵敏度要求达到克拉克值克拉克值水平，最好低于 克拉克值元素的贫化富集都以地壳丰度为标准 灵敏度由最终数据报出率最终数据报出率决定，一般要求 90%以上，至少在80%左右，低于50%则不能 使用该方法 分辨率分辨率是指样品含量变化引起的分析讯号 的变化，用S/C

27、表示。 它反映了分析方法对微小含量变化微小含量变化的鉴别 能力。 要求分析有足够的准确度和精确度 对于高精度的理论地球化学理论地球化学研究，一定要 有很高的准确度和精确度。 对于以圈定异常的为目的的勘探地球化学， 精确度要求高，准确度可降低要求。 对于区域地球化学填图，为便于对比，也 要求有高的准确度。 准确度和精确度与样品的含量有关准确度和精确度与样品的含量有关。要求 微量元素分析精确度达到常量元素是很困 难的。表表5-15-1 要求分析测试方法有足够大的量程 元素含量变化大，元素含量变化可达十几元素含量变化大，元素含量变化可达十几 个数量级个数量级 从而要求分析方法要有较大的量程从而要求分

28、析方法要有较大的量程。 要求经济快速要求经济快速 由于样品数量多，降低每一项的分析成本由于样品数量多，降低每一项的分析成本 具有重要的实际意义具有重要的实际意义。 对专门性的研究，如对专门性的研究，如理论地球化学理论地球化学研究，研究， 高精度的专项分析还是有必要的。高精度的专项分析还是有必要的。 多元素同时测定多元素同时测定 同时报出同时报出多元素的含量多元素的含量能有效地能有效地降低成本降低成本， 达到经济快速的要求达到经济快速的要求。 多元素同时分析测试多元素同时分析测试是地球化学样品分析是地球化学样品分析 的的发展趋势发展趋势。 要求对元素的赋存状态、价态的分析要求对元素的赋存状态、价

29、态的分析 不仅要了解元素的总量变化规律，还必须不仅要了解元素的总量变化规律，还必须 对元素的对元素的赋存状态、价态赋存状态、价态有所了解，才能有所了解，才能 对元素的迁移、沉淀机制有所认识。如：对元素的迁移、沉淀机制有所认识。如： 农业地球化学，关注土壤中的植物易于吸收的农业地球化学，关注土壤中的植物易于吸收的 活动态（无机盐形式）元素活动态（无机盐形式）元素； 环境地球化学，元素的价态也十分重要，如环境地球化学，元素的价态也十分重要，如 Cr3+是无毒的，而是无毒的，而Cr6+是剧毒的。是剧毒的。 第二节 分析误差及分析质量监控 一误差的性质一误差的性质 1 1随机误差随机误差它是采样、制样

30、、分析过程它是采样、制样、分析过程 和仪器工作过程中的偶然因素引起的误差和仪器工作过程中的偶然因素引起的误差。 2 2系统误差系统误差它是有规律因素造成的误差，它是有规律因素造成的误差， 包括正向或负向的偏离。它常常是不同实验包括正向或负向的偏离。它常常是不同实验 室的工作条件的差别、不同分析方法、不同室的工作条件的差别、不同分析方法、不同 分析人员间以及同一台仪器不同时间的差异分析人员间以及同一台仪器不同时间的差异 所造成的误差。所造成的误差。 系统误差的可能原因 1、沾污和污染。沾污和污染。破碎样品的设备，包装，破碎样品的设备，包装， 分析器皿等分析器皿等 钢铁磨盘钢铁磨盘，Fe、Co、C

31、r、Cu、Mo、Ti、Ni、V、 W 氧化铝陶瓷罐，氧化铝陶瓷罐，Al、Cu、Fe、Ga、Li、B、Ba、 Co、Mn、Zn 碳化钨磨球，碳化钨磨球，Co、Ti、W 玛瑙磨具，带入污染较小玛瑙磨具，带入污染较小 2、样品制备过程。、样品制备过程。 主要指上一道工序的残留物、空气中的粉尘等主要指上一道工序的残留物、空气中的粉尘等 3、分析流程。、分析流程。 上一步对下一步的影响，上一个样品对下一个上一步对下一步的影响，上一个样品对下一个 样品的影响样品的影响。 4、仪器的漂移。、仪器的漂移。 如仪器的如仪器的“疲劳疲劳”、仪器的老化等的影响、仪器的老化等的影响 5、样品的物理化学性质。、样品的物

32、理化学性质。 如结晶物质被打开的情况，微量元素的如结晶物质被打开的情况，微量元素的“释放释放” 程度程度 系统误差与随机误差 系统误差系统误差 （Systematic error)某种某种固定的固定的因素造因素造 成成的误差的误差 方法误差、仪器误差、试剂误差、操作误差方法误差、仪器误差、试剂误差、操作误差 随机误差随机误差 （Random error)不定的不定的因素造成的误因素造成的误 差差 仪器误差、操作误差仪器误差、操作误差 过失误差过失误差 （Gross error, mistake) 系统误差与随机误差的比较 系统误差的校正 方法系统误差方法系统误差方法校正方法校正 主观系统误差主

33、观系统误差对照实验校正（外检）对照实验校正（外检） 仪器系统误差仪器系统误差对照实验校正对照实验校正 试剂系统误差试剂系统误差空白实验校正空白实验校正 分析测试的质量保证 Quality Assurance (QA) 质量评定质量评定 质量控制质量控制 标准参标准参 考物质考物质 试验室内部试验室内部 评定控制图评定控制图 试验室之间对试验室之间对 比联合测试比联合测试 统计分析统计分析 质量保证质量保证 实验室各项实验室各项 规章制度规章制度 校正校正 标准化标准化 仪器设备仪器设备 的维护保养的维护保养 教育教育 和训练和训练 质量评定质量评定 样品样品 测量测量 过程过程 样品样品 数据

34、数据 质量质量 评定评定 合格合格/应用应用 质量控制质量控制 SRMSRM数据数据 QC样品样品QC样品数据样品数据 SRM， Standard Reference Material, 标准参考物质标准参考物质 QC， Quality Control, 质量控制质量控制 质量保证是通过对质量保证是通过对标准参考物质标准参考物质或或质量控制样品质量控制样品的质的质 量评定来进行的。量评定来进行的。 实验室内部评定控制图 Control chart UCL UWL LWL LCL 顺序顺序 / 时间时间 2 x 3 x 2 x 3 x 实验室外部的质量评定实验室外部的质量评定 主办单位或管理部门

35、制备试验样品（适用于所主办单位或管理部门制备试验样品（适用于所 有范围）。有范围）。 主办实验室或几个实验室用标准方法测定出试主办实验室或几个实验室用标准方法测定出试 验样品的准确值。验样品的准确值。 将试验样品当作未知样品，发给各个实验室。将试验样品当作未知样品，发给各个实验室。 将测试结果汇总到主办单位进行统计分析将测试结果汇总到主办单位进行统计分析 比较实验室之间数据的一致性比较实验室之间数据的一致性 UCL LCL LCL UCL 分析测试质量保证的目的分析测试质量保证的目的 降低测量误差到允许的程度。降低测量误差到允许的程度。 为得到可靠的数据尽量减少工作量。为得到可靠的数据尽量减少

36、工作量。 改善实验室之间数据可比性的基础。改善实验室之间数据可比性的基础。 提供统计学基础，以作出评价提供统计学基础，以作出评价。 三、地球化学样品分析方法三、地球化学样品分析方法 分析工作的分析工作的一般步骤一般步骤 2 取样取样 Sampling 3 样品处理样品处理 Sample pretreatment 4 测定测定 Determination 5 计算与评价计算与评价 Calculation and Evaluation 1 问题的确定问题的确定 Statement of Problem 分析全过程示例分析全过程示例（生态地球化学）（生态地球化学） 样样 品品 制制 备备 岩石、矿石

37、样品：粗碎中碎缩分细 磨至分析粒级； 土壤和水系沉积物样品：干燥筛分磨 细至分析粒级； 样 品 加 工 流 程 图 样样 品品 加加 工工 流流 程程 图图 固体样品的破碎、过筛、混匀、缩分固体样品的破碎、过筛、混匀、缩分 四分法缩分四分法缩分 植物样：采用风干植物粉碎机粉 碎灰化（或直接消解）； 生物器官、组织样品：灭菌消毒干 燥灰化处理； 水和气体：根据测试项目作不同处理水和气体：根据测试项目作不同处理 样品预处理 Sample pretreatment l 样品预处理的目的：样品预处理的目的： 使样品的状态和浓度适应使样品的状态和浓度适应所选择的分析技术所选择的分析技术 物质性质（生物样

38、品的有机分子或元素等）物质性质（生物样品的有机分子或元素等） 干扰情况（是否需要分离等）干扰情况（是否需要分离等） 测定方法（是否需要富集等）测定方法（是否需要富集等） 分解试样：溶解、熔融、消解 u 溶解：溶解： 酸溶酸溶（HClHCl, H, H2 2SOSO4 4, HNO, HNO3 3, HF, HF等及混合酸分解矿石等）等及混合酸分解矿石等） 碱溶（例碱溶（例NaOHNaOH溶解铝合金分析溶解铝合金分析FeFe、MnMn、NiNi含量）含量） u熔融示例熔融示例 高温分解，酸提取高温分解，酸提取 氧瓶燃烧法氧瓶燃烧法 消除消除干扰干扰 u 掩蔽掩蔽 改变干扰物质的反改变干扰物质的反

39、 应活性应活性 u 分离分离 氧化还原掩蔽法氧化还原掩蔽法 配合掩蔽配合掩蔽 沉淀掩蔽沉淀掩蔽 酸碱掩蔽酸碱掩蔽 沉淀分离沉淀分离 萃取分离萃取分离 色谱分离色谱分离 u enrichment）：萃取富集萃取富集 吸附富集吸附富集 共沉淀富集共沉淀富集 测定 determination l物质的性质物质的性质 l组分的含量组分的含量 l干扰情况干扰情况 l准确度准确度 l灵敏度灵敏度 l选择性选择性 l适用范围适用范围 l时间时间 l人力人力 l设备设备 l消耗品消耗品 分析方法分析方法 用户对分用户对分 析结果的析结果的 要求和对要求和对 分析费用分析费用 的承受度的承受度 用户用户 主要分

40、析方法 样品分析方法基本上分为两大类：样品分析方法基本上分为两大类： 化学分析化学分析 仪器分析仪器分析 化学分析法 chemical analysis u以物质的以物质的化学反应化学反应为基础建立起来的分析方法，为基础建立起来的分析方法，由由 于化学反应通常是在溶液体系中进行的，于化学反应通常是在溶液体系中进行的，因此这种因此这种 分析方法被称为分析方法被称为湿法分析湿法分析。 容量法（容量法（VOL）是利用化学反应达到反应）是利用化学反应达到反应 平衡的终点（平衡的终点（等当点等当点）时所耗去的标准滴）时所耗去的标准滴 定液的体积，根据化学反应方程式来计算定液的体积，根据化学反应方程式来计

41、算 出待分析溶液中出待分析溶液中待测元素的含量待测元素的含量。 重量法（重量法（GR）是利用被测元素与某种化学）是利用被测元素与某种化学 试剂在一定的条件下反应试剂在一定的条件下反应生成沉淀物生成沉淀物或气或气 化物与其它元素分离，称重来计算元素含化物与其它元素分离，称重来计算元素含 量的方法。量的方法。 化学分析法 u可溶性钡盐中钡含量的测定可溶性钡盐中钡含量的测定(重量法）：重量法）： 仪器分析法 instrumental analysis u 依据物质的物理性质及物理化学性质建立依据物质的物理性质及物理化学性质建立 起来的分析方法，通常使用特殊的仪器。起来的分析方法，通常使用特殊的仪器。

42、 光学分析法光学分析法 spectral analysis 电化学分析法电化学分析法 electroanalysis 色谱分离分析法色谱分离分析法 chromatography 等等等等 激发能激发能分析试样分析试样传感器件传感器件讯号处理讯号处理 读出装置读出装置原始样品原始样品样品预处理样品预处理 仪器分析流程框图（张承亮等，仪器分析流程框图（张承亮等，1989） 方法分类方法分类 主要分析方法主要分析方法 被测物理性质被测物理性质 光谱分析光谱分析 发射光谱分析、火焰光度分析发射光谱分析、火焰光度分析 辐射的发射辐射的发射 分子发光分析法、放射分析法分子发光分析法、放射分析法 紫外紫外-

43、可见分光光度法可见分光光度法 辐射的吸收辐射的吸收 原子吸收分光光度法原子吸收分光光度法 红外光谱法、核磁共振波谱法红外光谱法、核磁共振波谱法 比浊法、拉曼光谱法比浊法、拉曼光谱法 辐射的散射辐射的散射 折射法、干涉法折射法、干涉法 辐射的折射辐射的折射 X-射线衍射法、电子衍射法射线衍射法、电子衍射法 辐射的衍射辐射的衍射 圆二色谱法圆二色谱法 辐射偏振方向的旋转辐射偏振方向的旋转 色谱分析色谱分析 气相色谱法、液相色谱法气相色谱法、液相色谱法 薄层色谱法薄层色谱法 两相间的分配两相间的分配 电化学分析电化学分析 电位法电位法 电极电位电极电位 电导法电导法 电导电导 极谱法、溶出伏安法极谱

44、法、溶出伏安法 电流电流-电压电压 热分析热分析 热导法、差热分析法热导法、差热分析法 热性质热性质 质量分析质量分析 质谱法质谱法 质荷比质荷比 ICP质谱仪质谱仪 HP-1100液相色谱仪液相色谱仪 X射线光电子能谱仪射线光电子能谱仪 X射线荧光仪射线荧光仪 UV-vis光谱仪 全谱直读发射光谱仪（美） 日立F-4500荧光光谱仪 扫描俄歇微探针扫描俄歇微探针 四圆四圆X射线衍射仪射线衍射仪 荧光光谱仪荧光光谱仪LS-50B 例： u石灰石中钙的测定石灰石中钙的测定 常量成分常量成分(1%)，采用化学分析法（滴定分析法），采用化学分析法（滴定分析法） u石灰石中微量铁的测定石灰石中微量铁的

45、测定 微量成分微量成分(5000K，重现性 好，背景小，谱线简单，安全 前三种光源的结构前三种光源的结构 原理，请同学们花原理，请同学们花 10min自己看书自己看书 直直 流流 电电 弧弧 电路结构及工作原理： 优点：分析绝对灵敏度高 缺点：重现性差、不宜定量 应用范围：矿石和矿物的定性定量矿石和矿物的定性定量 分析和纯金属中痕量杂质分析分析和纯金属中痕量杂质分析 交流电弧 电路结构及工作原理： 优点：稳定性较好，适合定量。操作安全简便， 应用广泛 缺点：灵敏度较差，蒸发能力低 应用范围：稳定性比直流电弧高，操作简便安稳定性比直流电弧高，操作简便安 全，故广泛用于光谱定性、定量分析中，但全，

46、故广泛用于光谱定性、定量分析中，但灵灵 敏度较差敏度较差。 高压火花 电路结构及工作原理 优点：稳定性好，温度高，可做定量分析 缺点：灵敏度差，背景大 应用范围：适用于定量分析及难激发元素的适用于定量分析及难激发元素的 测定。测定。 电感耦合等离子体（电感耦合等离子体（ICPICP）焰炬）焰炬 等离子体等离子体：高度电离状态下的气体高度电离状态下的气体， 其空间电荷密度大体相等，使整个 气体呈电中性电中性。 工 作 原 理 优点：小、干扰小、自吸效应小、准确度高。 检出限低，稳定性好、精度高，基体效应 缺点：仪器价格贵 应用范围:线性分析范围宽（约线性分析范围宽（约4-54-5个数量个数量 级

47、），检出限低（级），检出限低（1010-3 -310 10-4 -4ug/g ug/g），应用范），应用范 围广（可测围广（可测7070多种元素）及无电极污染等优多种元素）及无电极污染等优 点点。故是故是AESAES法最有前途和竞争力的光源法最有前途和竞争力的光源 之一之一 ICP发射光谱仪发射光谱仪 （3 3）试样引入激发光源的方法）试样引入激发光源的方法 固体试样固体试样 溶液试样溶液试样 气体试样气体试样 （4 4）光源的选择）光源的选择 选择原则 从分析元素的性质考虑 从分析元素的含量考虑 从试样的性质和形状考虑 从分析要求考虑 几种光源性能比较几种光源性能比较 光源光源 蒸发蒸发 温

48、度温度 激发激发 温度温度/K/K 放电放电 稳定性稳定性 应用范围应用范围 直 流直 流 电弧电弧 高高4000400070007000稍差稍差 定性分析，矿物、纯物定性分析，矿物、纯物 质、质、难挥发元素难挥发元素的定量的定量 分析分析 交 流交 流 电弧电弧 中中4000400070007000较好较好 试样中试样中低含量组分低含量组分的定的定 量分析量分析 火花火花低低瞬间瞬间10000好好 金属与合金、金属与合金、难激发元难激发元 素素的定量分析的定量分析 ICPICP很高很高6000600080008000很好很好溶液定量分析溶液定量分析 2. 2. 光谱仪光谱仪 （）棱镜摄谱仪（

49、）棱镜摄谱仪 n 光路光路 n 棱镜摄谱仪的性能指标棱镜摄谱仪的性能指标 d/d，是两条谱线在焦面上的距离。色 散率越大，波长相邻的两条谱线分得越开 分辨率分辨率R R：R=/，指可分辨的两条谱线 的平均波长，指他们的波长差，R代表光 学系统能正确分辨紧邻两条谱线的能力。 理论分辨率：R0=mt（dn/d） 集光本领：集光本领：光学系统传递辐射的能力 （2 2）光栅摄谱仪）光栅摄谱仪 光光路路 n 光栅光栅摄谱仪的性能指标摄谱仪的性能指标 色散率：与波长无关与波长无关 分辨率：高于棱镜高于棱镜，光栅宽、刻 痕多，R大 闪耀特性：对辐射能量集中的能 力 两种摄谱仪的性能比较两种摄谱仪的性能比较

50、原原 理理 色散率与分色散率与分 辨率辨率 波段范波段范 围围 集集 光光 使用范围使用范围 棱棱 镜镜 折折 射射 低、与低、与有关有关窄、已窄、已 定定 弱弱一般元素一般元素 光光 栅栅 衍衍 射射 高、与高、与无无 关关 宽、可宽、可 任选任选 强强谱线复杂元谱线复杂元 素素 3. 3. 纪录与观测设备纪录与观测设备 （1）感光板感光板 透过率与黑度透过率与黑度 透过率：透过率：T=i/i0，i0是透过未感光是透过未感光 部分的光强，部分的光强，i是透过变黑部分是透过变黑部分 的光强的光强 谱线黑度：谱线黑度：S=lg(1/T) S AB D n 乳剂特性曲线乳剂特性曲线 （2）光谱投影