实验测试技术与发展样本

1、实验测试技术与发展资源与环境是人类生存与发展的基础条件 ，科学合理地开发利用自然资源，加强 生态和环境保护，是促进经济可持续发展和社会全面进步的基础，地质科学是与资源 开发利用和环境保护密切相关的基础性和综合性科学。在上个世纪后五十年中，随着科 学技术的迅猛发展，广大地质工作者的艰辛工作，使人类对地球的认识在广度和深度 上产生了新的飞跃。地质材料是人类社会发展中最重要、最基本的原材料，种类繁多、成分复杂，几乎涉及到天然存在的所有元素，而且其含量跨度达10多个数量级。因此地质材料成分 分析不但是分析化学中最古老、最广泛的应用领域,而且也是各应用领域中最复杂的任务之一。当今，在现代科学技术的推动下

2、，地学研究的领域不断扩展并向纵深发展， 这就向地质分析提出了一系列新的研究课题;同时分析化学也在经历着深刻的变革,为各领域的发展创造了前所未有的良好条件。一、历史与发展岩石矿物分析的历史，应该说与分析化学是同源的，甚至与元素发现的历史也是 相伴的。在分析化学的早期发展中，岩石矿物分析长期处于无机分析的前沿。从18世纪开始到19世纪中，天然矿物材料的化学组成一直是许多化学家的热门课题。甚至到 了 20世纪中,化学性质极为相似的Nb和Ta, Zr和Hf及烯土元素的分离与分析仍是分 析化学的难题。岩矿分析不但为元素的发现、矿产资源的开发利用和近代工业革命作出贡献，而且也推动了地学的发展，特别是成为岩

3、石学、矿物学、 地球化学、 同位素地质学和年代学的基础。地球化学的奠基人克拉克就是一位著名化学家，也是一位岩 石分析者。地质分析近一个世纪的发展大致经历了三个主要发展阶段。第一阶段是20世纪50年代前，地质分析主要以湿化学法为主，也就是以酸碱溶解 样品，加入各类化学试剂经过各种化学反应，如氧化还原反应、置换反应及酸碱反应 等，分析各种岩石中存在的元素含量。当时以硅酸岩、碳酸岩岩石的主要组分，系统 分析流程的确定和以EDTA为主的快速分析流程的建立是这一时期的主要成果。它为地 质材料基本组分的研究奠定了方法基础 , 成为地质分析发展历史中一个重要里程碑。 第二阶段是 20 世纪 50 至 70

4、年代前 , 是多种检测仪器分析技术相继出现和迅速发 展的时期,特别是原子吸收光谱（AAS）、X射线荧光光谱（XRF）和中子活化（NAA）技 术的引入大大的改变了岩石矿物分析的面貌 : 主、 次量元素的分析更加迅速和准确 , 并在许多实验室开始用XRF弋替传统的手工操作的全分析流程；痕量元素分析得到迅速 发展, 多种痕量元素分析方法层出不穷、 互为补充 , 使检出限不断改进 ; 电子微束技 术的引入开辟了微区矿物学研究的新天地 , 根本改变了”单矿物”分析依赖湿化学分析 的做法。这是地质分析发展中最活跃的时期 , 也是新飞跃的前奏。第三阶段是 20 世纪 80、 90 年弋, 随着现弋科技的进步

5、 , 特别是计算机的普遍应 用是分析技术得以迅速发展 , 是分析过程快速进入自动化、 智能化和信息化时弋。电 感耦合等离子体发射光谱 （ ICP-AES） 和电感耦合等离子体全谱 （ ICP-OES） 特别是电感 耦合等离子体质谱 （ ICP-MS） 的引入 , 使传统的岩矿分析格局发生重大变化 : 这能够从 两方面阐述 , 一是, 现弋化的仪器分析方法在各地质实验室成为日常分析的主角 , 高 精密度、 高准确度、 低检出限及高自动化的多元素 （ 包括同位素 ） 同时分析是其突出 特点, 地质分析的整体分析技术相当成熟 ； 二是, 微区分析特别是微区痕量分析及元 素微区分布特征研究手段迅速崛起

6、 , 并确定了它在地质分析中的重要地位。 与整体分析 一样显微分析也已发展成为一个从主、 次量到痕量、 超痕量的完整分析体系。二、实验测试在地质实验中的应用1、实验测试在地质工作中的作用地质实验室是运用化学的、 物理和光学等多种手段 , 对岩石、 矿石和矿物的化学 成分、 物质组成、 元素赋存状态和价态、 选冶工艺性能以及其它物理、 化学性能 , 进 行实验测试等微观研究信息 , 同宏观地质调查相结合 , 达到对客观地质体的全面研究 和认识 , 从而为地质找矿、 矿产资源综合利用和评价、 生态环境评价以及地质科学研 究等提供科学依据。 因此, 地质学家们将地质实验测试工作视为地质工作的” 眼睛

7、”, 是 野外地质工作的继续。世界著名地质学家、 中国首任地质部部长李四光先生曾在 1953 年全国地质化验工作会议上说 : ”地质、 钻探、 化验三足鼎立 , 三分天下有其一” , 精 辟地阐明了地质实验工作在地质工作中的作用和地位。地质实验室在上个世纪50 80年代的主要任务是为质找矿、矿产评价与 合理开发利用提供科学数据，80 90年代为完成区域化探全国扫面计划（1:20万地球化学填图）,系统分析39个元素,覆盖了全国600多万平方公里,取得了 3000万个高质量数据，这是令国外同行惊叹不已的成就。这些数据使中国矿产资源的 发现获得了突破性进展。2、地质实验室的现状状况资源与环境是人类生

8、存与发展的基础条件，科学合理地开发利用自然资源，加强 生态和环境保护，是促进经济可持续发展和社会全面进步的基础，地质科学是与资源 开发利用和环境保护密切相关的基础性和综合性科学。在上个世纪后五十年中，随着科 学技术的迅猛发展，广大地质工作者的艰辛工作，使人类对地球的认识在广度和深度 上产生了新的飞跃。地矿部门的主要任务之一是为工农业生产部门提供能够开发利用的矿产资源，而资源是否能合理开发利用，更多的依靠实验测试技术水平的高低。五十多年来，已为中 国地质科学研究、地质找矿和矿产资源开发利用的飞速发展发挥了显著的作用。在中 国国土范围内,已发现矿产资源171种,其中已探明具有工业储量的 156种,

9、已发 现矿床、 矿点20多万处，已建具有规模的国营矿山8000多座。由于这些矿产资源 的发现与开发，在全国形成了 300多个以矿业开发为支柱产业的新兴城镇，从而使中 国成为世界第三个矿业大国。这些辉煌的成就都凝聚了地质实验室及广大地质实验工作 者的辛勤劳动和巨大贡献。跨入21世纪，中国在新一轮国土资源大调查中，地质实验室为完成农业地球化 学和城市地球化学等多目标地球化学调查，分析53种元素（组分），以及低密度地球 化学填图，分析76种元素（组分），正在艰苦奋斗。几年后，中国将拥有39种元素、 53种元素和76种元素的全国地球化学图册将陆续展现在世人面前，这无疑体现了中 国当今地质实验室的科技水

10、平，以及在国民经济中的重要作用和地位。三、地质实验室面临的新形势1、地质工作正处于重大转折时期人口、资源和环境是世界各国经济发展的主要制约因素。由于人口急剧增长，工业快速发展，人类面临矿产资源短缺、能源缺乏、环境污染、生态破坏和自然灾害 的严重威胁，直接影响着全人类的生存与发展。全球面临人口、资源、环境和灾害的巨大挑战，掀起了寻求未来对策的浪潮，震荡着各国地学界，影响着资源、 环境的管 理决策者，对地质调查的工作部署、方向和工作方式产生了较大的影响。全球地学界在为本国的地质科学、 地质调查工作的未来发展、自然资源的保护与合理利用寻求相应对策，制订新的发展战略和规划。温家宝同志年指出：中国地质工

11、作正面临四个方面的转变，一是从计划经济体制下的地质工作转向社会主义市场经济体制下的地质 工作，二是从传统的地质工作转向以”地球系统科学”为核心内容的现代地质工作，三是从以资源保障为主的地质工作转向资源和环境保障并重的多目标、多功能地质工作，四是从主要依靠国内”一种资源”、”一个市场”转向发挥比较优势参与全球化的”两种资源、 两个市场”。经过这一系列的重大战略转变 ，使地质工作更加紧密地为经 济建设和社会发展相结合，更好地为经济和社会发展服务。地质实验工作是随地质工作的需要而发展，由于地质工作的重大转折，而且其驱 动模式从供给型向需求型转变，因此地质实验室必须从过去传统的服务宗旨转向与经 济建设

12、和社会发展紧密结合，新世纪现代地质工作必然为地质实验测试工作开辟了更 广阔的发展空间。2、新一轮国土资源大调查的启动，给地质实验室提出了新的而艰巨的任务新一轮国土资源大调查的目标体现了中国地质工作的根本转变，突出了地质工作直接面向国家战略资源需求，主动为国家重大工程建设服务，肩负急缺矿产资源的保 障任务，以及保护环境、 减轻地质灾害的责任，关心人民生活质量和生命财产安全。 新一轮国土资源调查的重要目标包括土地资源调查与整理、农业环境地质、 城市地球化学环境、生态地球化学、西部地下水资源保障、油气资源、紧缺矿产资源调查与 评价、海洋地质调查、地质环境与地质灾害、发展地球科学理论与地质技术创新、更

13、 新一批基础地质图件以及信息化等。新一轮国土资源大调查的任务，无论在广度和深度上都是前所未有的，必将对中国国民经济的发展和社会进步产生深远的影响，顺应 国家地质工作的根本转变，拓宽地质实验工作领域,促进地质实验室的改革与发展， 最大限度地从技术上满足国家和社会对地质工作的需求是当前地质实验工作面临的新 形势。正在实施的覆盖区地球化学调查 （多目标地球化学填图）计划，是一项基础性、 公益性、多目标的系统工程，为地质实验室开辟了广阔的技术市场，这项填图计划其 主要目的是调查覆盖区土壤中元素化学指标，为农业、 环境有关的有益有害元素的含 量及分布特征，研究其变化规律。为城市、农业、环境、国土规划、医

14、学及人体健康、基础地质研究及矿产勘查提供基础地球化学资料。这项工作任务要求实验测试样 品数量大（一个图幅一3000个样品,53 种必测元素,13 种元素有效态）；包括生命必须元素、毒性元素、两性元素以及部分生命组成元素、放射性元素；涉及的测试技术广,采用技术包括ICP-AES ? ICP-MS、XRF、AAS POL、AFS等。3、现代地质科学的发展与地质实验测试技术的进步和提高唇齿相依地质实验测试技术同属于地质技术大范畴，是地质科学与地质调查创新的关键。现 代地质调查工作的特点，以高新技术为依托，采集多学科数据和信息，以发现新知识 和创新理论为突破口 ，解决经济建设和社会发展的重大问题。年中

15、国地质学会在北京西山召开的” 2020年中国地质科学发展高级研讨会”，对地球科学的21个学科领 域的发展提出了重要建议，许多建议是对地质实验测试技术的新要求。如开展76种元 素全国地球化学填图，在当前进行的川、滇、黔、贵四省试点基础上陆续在全国展 开，从而使人类首次了解周期表中除惰性气体以外的所有元素在地表上的空间分布，这将是地球科学中的一项空前创举。 这项工作任务是传统的地质实验室难以做到的，必 须进行实验测试技术创新，管理创新。开展应用地球化学技术方法研究、 海洋地质调查、海洋油气调查、气水化合物 新能源调查、 同位素地球化学研究、 矿物学矿物材料科学研究、 农业地质、 城市地 质、医学地

16、质和环境地质调查等都需要地质实验测试技术的支撑 ，给地质实验工作提 出了许多新的要求和任务，大大拓宽了地质实验领域。4、促进改革后地质实验室队伍的发展随着地勘队伍管理体制改革的深入发展，1999年国务院下发”地勘队伍管理体制 改革方案”后，地勘队伍实行”属地化”管理，各省地质实验队伍随之”属地化”，至 此，全国地质实验队伍和结构发生了很大变化。当前中国地质调查局（含中国地质科学院）直属单位的实验室有17个，地质实验队伍约有500人，其中分析测试技术 人员约占50% ,具备承担多目标地球化学调查试验测试能力的只有物化探研究所实验 室和国家地质实验测试中心。属地化管理的各省厅（局）中心实验室在岗职

17、工约 3200人，其中分析技术人员 约1000人，岩矿鉴定人员近100人，选冶试验技术人员约120人，其中承担多目 标地球化学调查分析任务的有13个省局中心实验室，总计分析技术人员约350人。当前地质实验室技术队伍、技术装备及技术管理的现状都不能适应新形势下现代 地质工作的需求。因此地质实验室如何发展是当前值得探讨的重要议题，也是广大地质 实验技术职工最关心的问题。5、加速直属队伍地质实验室的建设，适应国家基础性、战略性、公益性地质工作发展的需要最近，中国地调局的直属单位得到国家专项拨款，加强发展地质技术装备，抓住 这次机遇，用好这笔资金至为重要。巩固发展现有国家地质实验测试中心，使其成为中国

18、实力最强的地质实验测试技 术应用与开发研究中心、 高水平人才培训中心、 疑难地质实验测试任务分析和仲裁分 析中心、地质实验科技信息中心。6、属地化后的各省地质中心实验室，要因地制宜求发展随着地勘队伍管理体制改革的深入发展，1999年国务院下发”地勘队伍管理体制 改革方案”后，地勘队伍实行”属地化”管理，各省地质实验队伍随之”属地化”，至 此，全国地质实验队伍和结构发生了很大变化。当前中国地质调查局（含中国地质科学院）直属单位的实验室有17个，地质实验队伍约有500人，其中分析测试技术 人员约占50% ,具备承担多目标地球化学调查试验测试能力的只有物化探研究所实验 室和国家地质实验测试中心。属地

19、化管理的各省厅（局）中心实验室在岗职工约 3200人，其中分析技术人员 约1000人，岩矿鉴定人员近100人，选冶试验技术人员约120人，其中承担多目 标地球化学调查分析任务的有13个省局中心实验室，总计分析技术人员约350人。7、依靠科技创新，发展新技术新方法，实现资源开发利用技术有新的重大突破随着社会发展、经济建设的需求，矿产资源的消耗量日益增长，找矿难度加大， 资源短缺的矛盾突出，同时仍有一大批难选冶矿产资源未能开发利用，大量尾矿、尾 渣堆积如山，其中有用元素无价之宝也未能得以利用 ，这些资源的开发利用都亟待相 应的技术攻关去解决，这也是广大地质实验工作者的艰巨任务，需要发展高新技术去 解决