Общая-геохимия.-Иркутск-2019 (1) (856215), страница 4
Текст из файла (страница 4)
В вопросах исследования состава планеты геохимия соприкасается с астрономическими (космогония,метеоритика), физическими (радиология, ядерная геология, геофизика) и биологическими науками (биохимия, почвоведение, биогеохимия).Важнейшим методологическим принципом геохимии является системный подход, при котором выделяются системы поуровню организации материи. В геохимии три их основных типа:1. Абиогенные системы (косные), в которых протекают толькопроцессы механической и физико-химической миграции.
Это,например, магматические расплавы, гидротермальные системы илиотдельные минералы и горные породы.2. Биокосные системы, для которых характерно тесное взаимопроникновение живых организмов и неорганической материи. Вэтих системах определяющее значение имеет биогенная миграция.Примерами биокосных систем являются почва, кора выветривания,природный ландшафт, мировой океан, река. Самая крупная биокосная система – биосфера – область, населенная живыми организмами.3. Техногенные системы с определяющим значением техногенной миграции.
К ним относятся сферы деятельности человека,например, города, промышленные предприятия, разработки месторождений ископаемых, транспортные магистрали. В результате миграции вещества возникает геохимическая зональность, в этом случае система разделяется на отдельные зоны. Зональность бываеттакже разного порядка – от планетарной до региональной и зональности отдельного месторождения.161.3.
Методы изучения вещества в геохимииГлавными методами изучения вещества в геохимии являютсяинструментальные (физические и физико-химические), химические, экспериментальные и методы моделирования. Инструментальный и химический методы анализа наряду с биологическим являются основными методами изучения вещества в аналитическойхимии. Это наука, которая развивает теоретические основы химического анализа веществ и материалов и разрабатывает методыидентификации, обнаружения, разделения и определения химических элементов и их соединений, а также методы установления химического состава веществ.Среди методов аналитической химии выделяют качественныйанализ и количественный. Качетвенный анализ позоляет определить, в какой форме, какое вещество или какие вещества находятсяв образце.
Количественный анализ направлен на установление точного количества данного вещества (элементов, ионов) в образце.Физико-химические методы служат для определения содержания элементов, изотопных отношений, для изучения распределения и форм нахождения элементов в горных породах, минералах ирудах. Для этого вещество проходит предварительную физическуюили физико-химическую подготовку, после чего на него воздействуют температурой, потоком электронов, световым потоком илидругим способом. При некоторой величине энергии воздействиявещество переходит в возбужденное состояние и производит различные типы вторичного излучения, характеристики которого отражают элементный состав вещества.Среди физико-химических методов основными современнымиметодами являются:1.
Рентгенофлуоресцентный анализ. В настоящее время этонаиболее широко используемый метод для определения большогочисла элементов. При его проведении на вещество воздействуютрентгеновским излучением. Возможности метода позволяют определять до 80 элементов при широком ряде концентраций от 100 %до нескольких г/т без перевода пробы в раствор, однако обычноопределяют 10 петрогенных элементов и редкие Ba, Sr, Zr, Hf, Nb,Y.
Для анализа петрогенных элементов пробу в состоянии пудрысплавляют в печах для однородности и получают тонкий диск. Дляопределения концентраций Ba, Sr, Zr, Hf, Nb, Y пробу исследуют в17порошковом виде. Навеска весом 2–6 г. Предел обнаружения2·10–3–2·10–4 мас. %.2. Оптический атомный спектральный анализ. Порошковуюпробу атомизируют, вещество переходит в возбужденное состояниеи начинает излучать электромагнитную энергию с определеннойдлиной волны. Измеряют интенсивность спектральных линий, которая изменяется в зависимости от содержания относительной долиэлемента в образцах.
Этим методом определяют до 70 элементоводновременно. Главные преимущества этого метода перед другимиметодами заключаются в его экспрессности и в том, что пробу ненужно переводить в раствор. Из недостатков следует отметить низкую воспроизводимость результатов. Этот метод широко применяется для геохимического метода поисков месторождений, при этомнедостаточная правильность не имеет большого значения наначальном этапе поисковых работ.
Навеска ~50 мг. Предел обнаружения 10·10–3–10·10–4 мас. %.3. Масс-спектрометрический анализ. Пробу переводят в раствор, ионизируют и пропускают через анализатор в изогнутой вакуумной трубке. Под действием постоянного магнитного поля ионы начинают двигаться по окружностям различного радиуса в зависимости от массы, что позволяет определять их раздельно. Массспектрометрия с индуктивно-связанной плазмой (IСP-MS) характеризуется очень низкими пределами обнаружения (до 0,01·10–6 мас.
%),хорошей точностью и воспроизводимостью, что позволяет использовать ее для определения абсолютных концентраций широкогоспектра микроэлементов. Навеска 25–100 мг.4. Электронно-зондовый микроанализ (рентгеноспектральныймикроанализ, микрорентгеноспектральный анализ, электроннозондовый рентгеноспектральный анализ) предназначен для определения элементов от бора до урана на поверхности минерала или силикатного стекла в «точке» – области размером несколько кубических микрометров.
Этот метод почти не разрушает вещество и позволяет исследовать химический состав, зональность минералов,структуры распада, обнаружить микровключения одних фаз в других. Разрушение всё-таки наблюдается в том месте, где пучок электронов взаимодействует с приповерхностным участком образцаглубиной обычно менее нескольких микрон, особенно, если анализировались минералы, содержащие натрий и воду. Аналитики так иговорят, что минерал «плавится». По принципу аналогичен рентге18но-флуоресцентному методу, но образец возбуждается потокомэлектронов в пучке диаметром 12 мкм.
Измеряется интенсивностьвторичных рентгеновских лучей, длина волны которых характернадля каждого элемента. Предел обнаружения – 0,01 мас. %.5. Ион-микропробный анализ (ионный зонд) так же, как иэлектронно-зондовый микроанализ предназначен для проведениялокального химического анализа приповерхностных слоев твердыхтел в ряду элементов от водорода до урана.
Поверхность образцаоблучается точно сфокусированным потоком ионов кислорода (пучок диаметром около 20 мкм), который вызывает излучение вторичных ионов. Этот метод сочетает в себе точность и воспроизводимость масс-спектрометрии с разрешающей способностью электронно-зондового микроанализа. Предел обнаружения 1·10–6 мас.
%,что позволяет определять элементы-примеси в минералах.Одним из основных химических методов анализа аналитической химии является так называемая «мокрая химия» («мокрыйанализ»), представляющий собой совокупностьтрадиционных методов определения состава вещества путём его последовательногохимического разложения. Некоторые методы исследования вещества являются комплексными (физико-химические методы), например, разложение производится методами «мокрой химии», а измерение содержания компонента совершается инструментальнымиметодами (оптическими, масс-спектрометрическими, электрохимическими, хроматографическими и др.). Однако у «мокрой химии»есть своё преимущество перед спектрометрическими методами: онапозволяет путём проведения стандартизованных процедур (систематический анализ) напрямую определять состав и разные окислительные состояния элементов, таких как железо (Fe2+, Fe3+), сера идр.
Преимущества и недостатки определения некоторых компонентов разными методами аналитической химии приведены в табл. 1.Методы качественного химического анализа подразделяютсяна реакции в растворах и реакции сухим путём. В качественномхимическом анализе применяются только такие реакции в растворах, которые легко воспринимаются человеческими органамичувств, причём момент появления реакции узнаётся по одному изследующих явлений: изменение окраски раствора, выделение газа,образование нерастворимого в воде осадка и др. Реакции сухим путём применяются в химическом анализе при так называемом предварительном испытании, при испытании осадков на чистоту, для19поверочных реакций и при исследовании минералов.
Важнейшиереакции этого рода состоят в испытании вещества в отношении летучести при нагревании, способности окрашивать несветящеесяпламя газовой горелки, плавкости его при нагревании, способностик окислению и восстановлению.Таблица 1Сравнение некоторых методов исследования веществаМетод аналитической химииОпределяемый компонентFeOFe2O3Сера сульфидная (весовой метод)Сера сульфатная (весовой метод)Все породообразующие элементы O, Si,Ti, Al, Fe, Mg, Mn, Ca, Na, K, P и редкиеэлементы Li, Rb, Cs.Общее количество воды определяетсяпри прокаливании до 1000 oC и обозначается как п.п.п. (потери при прокаливании). Сюда же будут входить СО2 и SВода поровая, которая удаляется приТ < 110 oC, обозначается как Н2О- и невключается в анализВода кристаллическая, входящая в решетку минералов и высвобождаемая приТ > 110 oC обозначается как Н2О+ВаловыйЛокальныйхимический силикатныйанализрентгенофлуоресцентныйанализ+–электроннозондовыйанализ+++–++Сера в бедных рудахСера общая++Все элементы,начиная с № 4 –Be++–+––+––Примечание: «+» – компонент, определяется указанным методом, «–» – компонент неопределяется указанным методом.Для производства количественного анализа можно применятьдва различных метода: весовой и объемный.
При весовом методеопределяемые тела выделяются в виде нерастворимых или труднорастворимых соединений известного химического состава, и определяется их вес, на основании которого можно найти количествоискомого элемента вычислением. При объёмном анализе измеряются объёмы титрованных (содержащих определённое количество ре20актива) растворов, употребляемых для анализа. Кроме того, различается ещё ряд специальных методов количественного химическогоанализа: электролитический, основанный на выделении отдельныхметаллов электролизом; колориметрический, в котором сравнивается интенсивность окраски данного раствора с окраской раствораопределённой крепости; органический анализ, основанный на сжигании органического вещества в углекислый газ (CO2) и воду (Н2O)и в определении по количеству их относительного содержания ввеществе углерода и водорода; газовый анализ, состоящий в определении некоторыми специальными методами качественного и количественного состава газов или их смеси.Методы гравиметрического (весового) количественного химического анализа бывают двух типов: метод прямого анализа иметод непрямого (косвенного) анализа.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
