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地质实验测试装备及发展趋势研究
发表于:2021-04-09

我国地质实验测试的整体水平,在无机痕量多元素分析方面、同位素地质年龄分析、地质祥品微区分析等方面都处于国内领先和国际先进水平;但是在生态地球化学环境评价需要的有机物质分析方面,形态、价态、有效态分析方面仍是薄弱环节,有待进一步加强和提高。我国目前在大型精密光学分析仪器制造能力方面较薄弱,仍然依靠从国外进口,而且在近二三年来,我国一些骨干地质实验室已投入大额资金,引进了一大批各种先进的大型精密光学分析仪器,有效地充实了地质实验测试能力,进一步提高了测试技术水平大大缩短了与国外发达国家水平的差距。

一、国外地质实验测试技术装备现状与发展趋势

当代地质调查工作以需求为驱动,以提高技术为支持,21世纪地学工作将继续沿着数字化方向发展,世界各国都在加大实验测试仪器的开发、研制,提高人类对地球的探测与观测能力,保障地质科学和地质调查工作的全面深入。

现代地质实验测试技术的迅速发展,为地质学家从微观上研究地球的形成与演化创造了有利条件。20世纪50年代,地质实验测试使用的主要仪器是传统的发射光谱仪和照相式极谱仪。获取的是大量的多元素定性或半定量数据;20世纪60年代,火焰原子吸收光谱仪商品仪器开始普及,示波极谱仪和方波极谱仪得以应用,可进行微量元索分析;20世纪70年代,中子活化分析、等离子体光谱仪和X射线荧光光谱仪的应用,可进行痕量多元素快速分析20世纪八九十年代ICP-MS的推广应用使地质样品分析特别是痕量和超痕量多元素快速分析步入了一个新的发展时期。由于现代科学技术的迅速发展,分析仪器中新周期在不断缩短,一般为5-10年。21世纪发达国家重视支撑地质科学和地质调查工作的主要测试技术(仪器)的新发展趋势表现在以下方面。

1.      研究矿物、岩石、土壤及其他行星物质的中子散射设备

利用与现代化控制器配套使用的强中子源可以在高温或低温条件下对大样品进行动力学测定和结构测定;测定氢在矿物中的位置;测定小样品不同状态下的声子密度或磁性;测量界面性质和化学吸收物的形成;表征大型纹理岩石样品以及分析非周期性和结构复杂的地球物质组分。包括行星物质的生物矿化复合体、有序-无序及微观结晶学。

2.同位素加速器

配备具有多种控测器并能同时以高分辨率测定某样品的智能同步加速器光束加X射线、红外线光束可以配备尖端光学、研别和激光装控制许多不同长度和时间尺度的作用如原位测定地球深层高温高压条件下样品的声速和品体结构。

3.以激光为基础的新的实验测试技术

主要包括:激光驱动的冲击波法以1-10TPa的压力来板拟大行星和小行星的内部结构:第四代同步加速器光速或者基于激光器或者基于大型自由电子激光系统;痕量超痕量元素分析技术。对具有更高精度、更低检出限的地球化学样品分析的需求不断加大迫使人们研制的仪器包括多个采售器的离子探针,电感耦合等离子体质谱仪和先进的电子显微镜。另外,核磁通量共振、电子顺磁共振以及各种有机分子质谱测定等技术的开发研制等;地质年代测试技术。对高精密度常规测年技术的开发研制等;地质年代测试技术。对高精密度常规测年技术的需求日益增大,利用加速器质谱仪(AMS)确定年龄,特别是放射性碳年龄。现有AMS的能力不足以满足当前需要,应出提高理有多用户年龄测定设备的容许能力并考虑研制新一代AMS设备开发与应用新一代高灵敏度高分辨率离子微探针技术。

二、国内地质实验测试技术装备的现状与差距

实验室赖以生存和发展的必备条件,从某种意义上讲,地质实验测试技术装备水平,也是一个国家和部门技术水平与经济实力的重要标志之一。我国地质队伍在高峰时期拥有各类地质实验室1000个,地质分析专业队伍2万多人,目前国土资源系统有地质实验室近300个,其中骨干实验室50多个。50多年来,地质实验测试技术装备的发展过程大体经历三个阶段。

第一阶段是20世纪50-60年代这一时期的主要任务是为满足国家对各类矿产资源斯察、评价,开发利用的急需:主要以经典分析技术容量法、重量法、比色法为主,主要的分析仪器设备是老式比色计、火焰光度计、极谱仪、发射光谱仪,仅能满足常量分析的需求;

第二阶段是20世纪70-90年代,这一时期的主要任务是为适应提高地后工作研究程度加强油气勘查、海洋地质调查、地球化学调查等的需要发展瘾量多元素分析技术:火焰原子吸收光谱仪商品化以及示波极送仪,原子荧光光谱仪等国产化加快了光学仪器分析的发展光伐。

但是,随着现代技术发展突飞猛进,现代实验室测试技术大战迅速,我国基础地质研究的实验测试技术设备与国际发达国家先进水平相比还存在不少差距,主要表现在三个方面:

一是先进仪器设备更换周期要滞后 10-20 年;

二是从事地学基础研究所需的先进仪器设备配套水平低,不能满足地学发展的需求;

三是我国对大型精密光学分析仪器的研制和开发能力太差单纯依靠进口,然快会制约地所实验测试技术装备的发展。

    目前有些国产精密光学分析仪器可以满足地质实验测试的要求,如火焰原子吸收光谱仪,主要生产厂家有北京科创海光仪器公司、北京瑞利分析仪器公司、普析通用仪器公司等,已形成商品化仪器,均可大批量供货:原子荧光光度计,这是我国具有自主知识产权独特独有的光学分析仪器,主要厂家有北京科创海光仪器公司、北京吉天仪器公司和中国地质科学院物化探研究所仪器厂年供货量可达数百台有多种形号数个品种供用户选择:CP 光电吉速发时光进仪主要生产厂家有北京科创海光仪器公司和北京瑞利分析仪器公司特别是在近年北京科创海光仪器公司推出的新品(与日本精工金合作)招小型化的扫播型ICP-AES发射光谱仪已投放市场,为我国研发等离子发射光谱仪器开辟了一条新的通道。结合我国地质实验测试工作的具体情况目前加强地质调查重点实验室的测试仪器装备,势在必行,要优先考虑解决紧缺仪器(如有机分析仪器和现场分析仪器,主要是色谱分析类仪器)亟待提高配套水平和测试能力。


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