CHUYÊN ĐỀ PHÂN TÍCH THÍ NGHIỆM TRONG ĐIỀU TRA ĐỊA CHẤT KHOÁNG SẢN

Công tác phân tích thí nghiệm trong điều tra địa chất khoáng sản là công cụ quan trọng trong công tác điều tra địa chất khoáng sản, giúp các nhà địa chất đánh giá đúng đặc tính thành phần hóa học, thành phần vật lý, thành phần khoáng vật của địa chất khoáng sản vùng khảo sát.

CHUYÊN ĐỀ PHÂN TÍCH THÍ NGHIỆM TRONG ĐIỀU TRA ĐỊA CHẤT - KHOÁNG SẢN Người soạn: ThS Phạm Thị Chung Hà Nội, năm 2012 Giới thiệu phương pháp phân tích điều tra địa chất, khoáng sản Công tác phân tích thí nghiệm điều tra địa chất khoáng sản công cụ quan trọng công tác điều tra địa chất - khoáng sản, giúp nhà địa chất đánh giá đặc tính thành phần hóa học, thành phần vật lý, thành phần khoáng vật địa chất khoáng sản vùng khảo sát Việc hiểu rõ chất, lực phương pháp phân tích từ xây dựng, thiết kế sử dụng có hiệu quả, đáp ứng yêu cầu cung cấp thông tin xác, tin cậy thực cần thiết Trong khuôn khổ giới thiệu, với mục đích giới thiệu tổng quát khả phương pháp phân tích sử dụng cho đối tượng mẫu địa chất, khoáng sản, sở lựa chọn phương pháp thích hợp đối tượng nghiên cứu, biên tập nội dung sau: - Giới thiệu số phương pháp chủ yếu sử dụng để phân tích mẫu địa chất, khoáng sản Ứng dụng phương pháp để phân tích - Các thông tin giới hạn xác định phương pháp phân tích - Bảng tổng hợp nguyên tố phân tích phương pháp phân tích khác (tham khảo tài liệu) Công tác kiểm soát chất lượng đề án địa chất Vì vậy, có số nội dung cần tìm hiểu: - Tìm hiểu hệ thống quản lý chất lượng công tác phân tích phòng thí nghiệm - Công tác kiểm soát chất lượng phân tích (chuyển đổi hình thức kiểm tra hình thức kiểm soát) - Trao đổi số thông tin, nội dung cần làm rõ gửi mẫu phân tích Năng lực số phương pháp phân tích mẫu địa chất Thuật ngữ phân tích theo quan điểm thông tin thu nhận thông tin từ đối tượng nghiên cứu hai phương diện biểu diễn từ đối tượng nghiên cứu đặc tính định tính định lượng Trong phương pháp phân tích chia thành hai hệ thống phương pháp: Các phương pháp hoá học hoá lý (trong tài liệu việc sử dụng thuật ngữ khác phân tích công cụ, phân tích hóa cổ điển…., nhiên thuật ngữ phổ biến cả) - Các phương pháp hoá học dựa vào đặc trưng tạo kết tủa, hoà tan kết tủa, tạo chất có màu yêu cầu (hay tiêu: Cu, Pb,….) cần phân tích - Các phương pháp hóa lý phương pháp sử dụng tham số hoá lý đối tượng nghiên cứu tác động đối tượng nghiên cứu phương pháp thích hợp Ví dụ: xạ, hấp thụ quang….Để quan sát ghi nhận tham số hoá lý thường phải dùng thiết bị, dụng cụ tinh vi, phương pháp gọi phương pháp hoá lý (hay gọi phương pháp phân tích công cụ) Việc đại hoá phương pháp phân tích, phương pháp phân tích hóa lý, chất phương pháp không thay đổi mà thay đổi công nghệ kỹ thuật xử lý Đối với lĩnh vực mẫu địa chất, khoáng sản rắn chia thành hai hệ thống phương pháp phân tích phục cho nghiên cứu thành phần mẫu: Các phương pháp sử dụng để xác định thành phần hoá học thành phần khoáng vật mẫu Phần I: Phân tích thành phần hoá học Các phương pháp hoá học 1.1 Các phương pháp chuẩn độ, khối lượng, so màu: Nguyên tắc chung: Các phương pháp là: Mẫu gia công đến cỡ hạt 0.074mm, đảm bảo độ đồng tính đại diện mẫu, dùng loại hoá chất phù hợp để phân huỷ mẫu thành dạng dung dịch tan hoàn toàn (ví dụ axit mạnh HCl, HNO NaOH, Na2CO3 ) Tuỳ theo tính chất loại quặng mà có hoá chất phân huỷ mẫu thích hợp nhằm phân huỷ mẫu tan hoàn toàn Đối với mẫu địa chất khoáng sản có thành phần phức tạp, yêu cầu cung cấp thông tin chi tiết thành phần quặng ban đầu cần thiết Dung dịch sau phân huỷ đem phân tích cách khác kết tủa, chuẩn độ, so màu mắt thường dựa vào tính chất hoá học yêu cầu phân tích Các phương phân tích gọi chung phương pháp hoá học Mô hình chung: Mẫu (0,074mm) Phân huỷ thành dạng dung dịch tan hoàn toàn đem phân tích phương pháp chuẩn độ so màu - Về thiết bị không đòi hỏi thiết bị đắt tiền, chủ yếu dụng cụ thí nghiệm thông thường phòng thí nghiệm, nhiên thời gian phân tích lâu phương pháp đại nên giá thành mẫu phân tích cao - Ứng dụng: Các phương pháp hoá có khoảng xác định rộng (thường từ 0.01% đến vài chục phần trăm) Vì vậy, phương pháp thường sử dụng để xác định định lượng hàm lượng nguyên tố có hàm lượng cao, dùng cho loại quặng kim loại, không kim loại (hiện có khoảng 100 quy trình phân tích thuộc loại đối tượng này), phương pháp sử dụng phổ biến phòng thí nghiệm Tuy nhiên, phương pháp phụ thuộc nhiều vào tay nghề, kinh nghiệm phân tích viên (dễ mắc sai số chủ quan người phân tích nhìn mầu, đọc vạch định mức ) 1.2 Phương pháp nghiệm: Nguyên tắc chung: Mẫu gia công đến 0,074mm, đảm bảo độ đồng tính đại diện mẫu, nung chảy nhiệt độ cao với hỗn hợp chất trợ dung thích hợp (thành phần tỉ lệ chất trợ dung thay đổi tuỳ thuộc vào đặc điểm thành phần mẫu) Sau trình nung chảy, vàng bạc góp vào nụ chì kìm loại Sau thực trình cupen hoá nụ chì kim loại capen manhezit nhiệt độ tích hợp để loại phần lớn chì (do chì thăng hoa), đồng thời chuyển hoá kim loại tạp chất thành oxit thấm vào bên capen để lại mặt hạt hợp kim vàng bạc Tách bạc khỏi vàng cách hoà tan hạt hợp hợp kim axit HNO Sau xác định hàm lượng vàng bạc mẫu cách cân khối lượng Có phương pháp kết hợp nghiệm - HTNT tăng độ nhậy phương pháp Mẫu sau tách loại trình cupen hoá đem hoà tan hỗ hợp kim loại quý cường thuỷ (hỗn hợp 3HCl+HNO3) để đo HTNT Ứng dụng: Sử dụng để xác định hàm lượng nguyên tố Au, Ag, Pt - Thiết bị có số đơn vị Trung tâm PTTN Địa chất Hà Nội, Liên đoàn Bản đồ Địa chất miền Bắc, Liên đoàn Bản đồ Địa chất miền Các phương pháp hoá lý (nhóm phương pháp phân tích dụng cụ) Nguyên tắc chung: Các phương pháp phân tích hoá lý tuân theo nguyên tắc mẫu gia công đến cỡ hạt 0.074mm, đảm bảo độ đồng tính đại diện mẫu, dùng loại hoá chất phù hợp để phân huỷ mẫu thành dạng dung dịch tan hoàn toàn Hầu hết phương pháp sử dụng PTN phân huỷ mẫu thành dạng dung dịch đem phân tích thiết bị máy trắc quang, HTNT, ICP-OES, ICPMS, Ngoài ra, có số phương pháp phân tích trực tiếp từ mẫu rắn mà không cần qua khâu phân huỷ mẫu, nhiên chưa phổ biến PTN nước Các phương pháp phân tích hoá lý có sơ đồ chung biểu diễn trình phân tích sau: Mẫu (1) Phương pháp phát (dựa vào tham số vật lý 2) Bộ phận thu nhận xử lý thông tin So sánh với chuẩn để tính toán Mẫu dạng rắn dạng dung dịch đảm bảo độ đồng tính đại diện mẫu Các tham số vật lý như: cường độ hấp thụ phân tử (phương pháp trắc quang), cường độ hấp thụ nguyên tử (phương pháp HTNT - AAS - atomic ), cường độ phát xạ nguyên tử (phương pháp trắc quang lửa, quang phổ phát xạ plasma (lần lượt, đồng thời)), cường độ phát huỳnh quang (XRF), phổ khối lượng nguyên tử (ICP-MS) Như vậy, hàm lượng có mẫu tỉ lệ với cường độ tham số vật lý đo được, so sánh với hàm lượng chuẩn để xác định hàm lượng có mẫu 2.1.Các phương pháp trắc quang (UV-VIS spectrophptpmetry) Nguyên tắc chung: Mẫu sau phân huỷ thành dạng dung dịch, qua trình loại số chất cản, tiến hành tạo phức chất có mầu nguyên tố cần phân tích đem đo độ hấp thụ quang phân tử chất So sanh với hàm lượng chuẩn để tính hàm lượng có mẫu - Máy trắc quang (còn gọi máy so màu) thiết bị phổ biến PTN Từ năm trước có máy so màu Liên Xô, Trung Quốc, sau PTN mua bổ sung seri máy Nhật, Anh, Đức đại hơn, có kèm theo phần mền xử lý kết quả, máy có độ ổn định cao Ứng dụng: Phương pháp trắc quang phương pháp hữu hiệu dùng để xác định nguyên tố có hàm lượng nhỏ Ngành địa chất xây dựng hệ thống quy trình phân tích trắc quang tương đối đầy đủ cho đối tượng khác (tham khảo quy trình Liên Xô cũ) Phương pháp nhà phân tích gọi chìa khoá vạn để xác định nguyên tố hàm lượng nhỏ 2.3 Phương pháp trắc quang lửa - Được sử dụng xác định kali, natri Giới hạn xác định 0.01% K2O, Na2O 2.4 Phương pháp quang phổ bán định lượng, định lượng gần đúng: Phương pháp phân tích thường có sai số lớn Tuy có độ xác không cao, tính đơn giản phân tích nhanh, giá thành rẻ nên dùng để phân tích hàng loạt - Hiện lại thiết bị cũ (cách khoảng 30 năm) Tuy nhiên phương pháp truyền thống, nhiều PTN sử dụng cho phân tích mẫu địa hoá Các phương pháp cổ điển có nhiều ưu việt đề cập (thiết bị rẻ, tiêu hao vật tư ), song quy trình phân tích phức tạp phải qua nhiều công đoạn, dễ gây sai số, thời gian phân tích lâu Độ nhậy thấp phương pháp phân tích đại (phương pháp phân tích đại cho xác định cỡ ppm, ppb, ppt) Các phương pháp đại 2.5 Phương pháp Hấp thụ nguyên tử: (AAS - atomic absorption spectrometer) Nguyên tắc chung: Mẫu sau phân huỷ thành dạng dung dịch đồng chuyển ion dung dịch thành dạng nguyên tử tự do, trình gọi trình nguyên tử hoá Nguyên tử thái kích thích có khả hấp thụ ánh sáng đặc trưng nguyên tố vậy, phương pháp có độ chọn lọc cao Bộ phận thu nhận thông tin xử lý, tính toán theo cường độ hấp thụ nguyên tố tỉ lệ với hàm lượng có mẫu Ứng dụng: Đây phương pháp ứng dụng để phân tích nguyên tố nhiều đối tượng khác nhau, đặc biệt nguyên tố có hàm lượng nhỏ (ppm,ppb) Phương pháp cho phép xác định 70 nguyên tố nhiều đối tượng (hợp kim, kim loại, sinh học, dược phẩm ), không ứng dụng cho nguyên tố có vạch cộng hưởng miền tử ngoại C, P, halogen (Cl, Br, I ), xác định đồng thời nhiều nguyên tố - Về thiết bị: Hiện thiết bị quang phổ HTNT sử dụng Trung tâm PTTN Địa chất Trung tâm PTTN Địa chất - Liên đoàn Bản đồ Địa chất miền Nam (gọi tắt Trung tâm PTTN miền Bắc miền Nam) Tại Trung tâm PTTN miền Bắc có hai thiết bị SIMADZU (Nhật) thiết bị SP9 Anh; Trung tâm PTTN miền Nam có thiết bị SIMADZU (Nhật) Trong thời gian tới dự án nâng cao lực thiết bị có thiết bị đại đặt hai Trung tâm - Phương pháp HTNT phương pháp có độ nhậy độ xác cao (có thông tin chi tiết quy trình) Quy trình phân tích đơn giản thuận tiện, tốc độ phân tích nhanh Đặc biệt áp dụng cho mẫu địa chất, có phức tạp dễ ảnh hưởng đến nguyên tố phân tích phương pháp HTNT có độ chọn lọc cao 2.6 Phương pháp quang phổ phát xạ nguyên tử: ICP - OES (Inductively Couple Plasma - Optical Emission Spectrometer) Nguyên tắc chung: Các thành phần có mẫu chuyển dạng nguyên tử ion trạng thái nhờ nguồn kích thích Plasma, nguyên tử phát xạ ánh sáng, thu nhận phổ phát xạ nguyên tử Mỗi nguyên tố có phổ phát xạ đặc trưng, nhiên cường độ phổ phát xạ phụ thuộc vào hàm lượng có mẫu Chính vậy, phương pháp có độ chọn lọc không cao phương phát HTNT, có phần mềm để xử lý yếu tố ảnh hưởng Phương pháp có ưu điểm độ nhậy phân tích cao Ứng dụng: * ICP lần lượt: ICP-seq (Seq - sequential) - Hiện có thiết bị ICP hãng YVON JOBIN Pháp từ năm 1994 có hệ thống quy trình phân tích (như bảng tổng hợp) Đặc biệt sử dụng cho phân tích 15 nguyên tố đất có độ nhậy độ xác cao * Phương pháp quang phổ phát xạ plasma đồng thời ICP-sim (sim simulteneous) - Thiết bị đầu tư năm 2000 IRIS INTREPIT Mỹ xây dựng quy trình xác định 36 nguyên tố mẫu địa hoá Đối với mẫu quặng quy trình sử dụng cần phải xem xét 2.8 Phương pháp Huỳnh quang rơghen (.XRF - X Ray fluorescence) Nguyên tắc chung: Trong phương pháp người ta cho mẫu chịu tác dụng chùm tia phát từ ống phát tia rơghen Do tác dụng chiếu xạ, từ mẫu phát tia rơghen thứ cấp, đặc trưng tia phụ thuộc vào thành phần định tính định lượng mẫu Đối với phương pháp XRF, thu phổ huỳnh quang rơnghen, so sánh với mẫu chuẩn để tính toán hàm lượng có mẫu Ứng dụng: Các phương pháp phân tích phổ rơnghen có phạm vi ứng dụng rộng rãi nhiều ngành khoa học, kỹ thuật Phương pháp áp dụng để phân tích thành phần nguyên tố có nồng độ lớn (hàng chục phần trăm) tạp chất có hàm lượng nhỏ (0.01 đến 0.001%) Phương pháp có độ nhậy không cao Tuy nhiên, kết hợp huỳnh quang - rơnghen độ nhậy phương pháp tăng lên nhiều, đạt 10-5 đến 10-6% Hiện nay, Trung tâm PTTN Địa chất đầu tư thiết bị XRF chuẩn bị đưa vào sử dụng 2.9 Phương pháp ICP-MS (khối phổ) Inductively Couple Plasma Mass Spectrometer Nguyên tắc chung:Phương pháp dựa vào phổ khối lượng mẫu tỉ lệ với hàm lượng nguyên tố có mẫu Ứng dụng: - Phân tích đồng vị: - Phân tích cấu trúc: - Phân tích định lượng: Đối với hợp chất vô cơ, phương pháp thường dùng để nghiên cứu thành phần đồng vị để xác định hàm lượng vết tất nguyên tố có bảng Hệ thống tuần hoàn Đối với hợp chất hữu (như sinh học, dược học ) phương pháp thường dùng để phân tích cấu trúc Phương pháp có độ nhạy tương đối đạt đến 10 -7% Kết phân tích phụ thuộc vào chất nền, lượng mẫu dùng để phân tích nhỏ Tuy nhiên, thiết bị để phân tích phương pháp đắt tiền, tiêu hao vật tư hoá chất đắt tiền, điều kiện PTN, dụng cụ sử dụng siêu Vì vậy, giá thành mẫu phân tích cao, đặc biệt phân tích đồng vị Hiện có số đơn vị có máy ICP-MS Viện Địa chất - Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam, Viện nghiên cứu Địa chất Khoáng sản 2.10 Kích hoạt nơtron Hiện có Viện hạt nhân Đà Lạt Các quy trình phân tích đại có quy trình phân tích nhanh, độ nhậy độ xác cao (cho phép xác định cấp hàm lượng ppm, ppb, ppt), đặc biệt thuận lợi cho xác định tạp chất hợp kim Tuy nhiên, PTN nước việc phân tích nguyên tố có hàm lượng cao (vài chục %) loại quặng kim loại không kim loại sử dụng phương pháp phân tích cổ điển Phần Hệ thống quản lý chất lượng phòng thí nghiệm Bài Các quy định, phương pháp kiểm tra địa chất, thông tin yêu cầu gửi mẫu địa chất I: Quy định, phương pháp kiểm tra địa chất Một số vấn đề cần trao đổi nội dung quy định Hiện nay, công tác kiểm tra chất lượng phân tích đề án địa chất thực theo Quy định ban hành kèm theo Quyết định số 69QĐ-ĐC/KT, ngày 29 tháng năm 1996 Trong quy định có hai hình thức kiểm tra: Kiểm tra nội địa chất kiểm tra ngoại địa chất Việc thực quy định nhằm đảm bảo độ tin cậy kết phân tích để sử dụng thành lập báo cáo (hướng dẫn cách tiến hành kiểm tra, cách đánh giá) Một số vấn đề cần thảo luận nội dung quy định - Cách lấy mẫu kiểm tra - Số lượng mẫu cấp hàm lượng phải cần lựa chọn - Lựa chọn PTN kiểm tra ngoại - Đánh giá xử lý kết mắc sai số vượt giới hạn cho phép Một số lưu ý tiến hành kiểm tra địa chất - Xác định độ lặp lại: Gửi mẫu lặp Đánh giá sai số ngẫu nhiên Ngoài mẫu báo cáo thực gửi kèm hai mẫu lưu đề án khác có kết - Xác định độ đúng: Gửi mẫu chuẩn kèm theo loạt mẫu để phát sai số hệ thống - Có thể tiến hành kiểm tra ngoại mẫu phương pháp có độ nhậy độ xác cao (Điều 29, Quy định ban hành kèm theo Quyết định số 69QĐ-ĐC/KT) thử nghiệm ngược lại thấy kết nghi ngờ II Các thông tin yêu cầu gửi mẫu phân tích Sơ đồ tổng quát quy trình phân tích mẫu: Mẫu Gia công mẫu gói, mã hoá mẫu Đưa đến PTN (Có kiểm tra nội PTN) Đem xác định phương pháp Phân huỷ mẫu Một số lưu ý lựa chọn phương pháp phân tích - Mỗi loại quặng có cách xử lý khác để phân tích thông tin đối tượng phân tích cần thiết Khi không rõ đối tượng phân tích cần phải xác định đối tượng phân tích trước tiến hành phân tích định lượng - Theo sơ đồ quy trình phân tích trên, kết cuối kết xác định hàm lượng tổng nguyên tố có mẫu (một vài trường hợp có phương pháp phân huỷ mẫu riêng phép xác định cho dạng tiêu như: Fe2+, Fe3+, Mn2+, Mn4+, Cr3+, Cr6+…) Vì vậy, nhận kết ghi riêng hiểu hàm lượng tổng nguyên tố có mẫu quy đổi dạng oxit hay muối (có bảng tính số hệ số chuyển đổi phụ lục kèm theo) Như vậy, tiến hành gửi mẫu phân tích cần tuân thủ theo biểu mẫu phiếu gửi mẫu phân tích quy định tài liệu nguyên thuỷ định số 70 QĐ-ĐC/KT ngày 29/5/1996 Cục trưởng Cục Địa chất Việt Nam Một số thông tin, yêu cầu lưu ý để lựa chọn phương pháp phân tích Yêu cầu thông tin đối tượng mẫu phân tích: thành phần khoáng vật, khối lượng mẫu đem phân tích, kích thước hạt Yêu cầu tiêu phân tích, độ nhậy, giới hạn phát 10 ... phương pháp phân tích điều tra địa chất, khoáng sản Công tác phân tích thí nghiệm điều tra địa chất khoáng sản công cụ quan trọng công tác điều tra địa chất - khoáng sản, giúp nhà địa chất đánh... dụng để phân tích mẫu địa chất, khoáng sản Ứng dụng phương pháp để phân tích - Các thông tin giới hạn xác định phương pháp phân tích - Bảng tổng hợp nguyên tố phân tích phương pháp phân tích khác... kiểm soát chất lượng đề án địa chất Vì vậy, có số nội dung cần tìm hiểu: - Tìm hiểu hệ thống quản lý chất lượng công tác phân tích phòng thí nghiệm - Công tác kiểm soát chất lượng phân tích (chuyển