关键词：岩矿样品；金属元素；化学分析
现今大部分稀有金属元素均来源于岩矿，因此如何了解岩石成分成为一项至关重要的任务。岩矿通常在野外，其地理环境相对恶劣，基于这种情况下，难以顺利完成勘察工作。
1常见的岩矿化学分析法
常见的岩矿化学分析法包括：全分析法、普通分析法、组合分析法，笔者将从以下方面来阐述。①全分析法：全分析法作为常见的岩矿化学分析法，这种分析法的应用对分析结果要求相对较高。全分析法在实际应用中应对岩矿所含的化学元素逐一分析，因此对成本的需求相对较大。②普通分析法：与全分析法相比，普通分析法则具有一定针对性，将该法应用在岩矿中可对不需要的检测元素进行忽略，普通分析法通常可应用在工业价值高的金属中，对每个岩矿样品进行分析。③组合分析法：除全分析法、普通分析法外，组合分析法也是一种有效的分析方法，可对岩矿组成成分系统性分析，组合分析法可运用在含有多元素的岩矿勘察中，从而获得理想的结果[1]。
2岩矿中锂元素化学分析方法探究
（1）分离出锂元素：在岩矿分析中，首先应将锂元素分离出来，从化学性质来看，锂元素本身就具有不稳定性，在岩矿分析中，锂元素极易受其他元素英雄，从而对检测结果带来影响。为了提高检测结果的稳定性，将锂元素分离出来显得至关重要。（2）对检测方式加以确定：检测锂元素通常以重量法为主，在含量检测中可通过Li23SO4来判断，并按碳酸钙~氯化铵方式加以分解，并将钙元去除[2]。（3）开展化学分析：在化学分析中，可将0.5g的岩矿样品与氯化铵混合在一起，将其磨成粉后，将5g碳酸钙加入其中并进行搅拌。其次将其放置到石棉板中，持续加热后再放置在坩埚冷却后再用热水吹洗其内壁，直到烧结块出现，再用热水将其放置于250ml烧杯中。
3化学分析方法的具体应用
本研究使用到的实验设备有：微波消解仪、电感耦合等离子体质谱仪（安捷伦7500ICPMS）、超纯水机（Milli-Q），其基本工作参数如表1所示。（1）实验试剂。本研究实验试剂有：Cr（铬）、Zn（锌）、Ni（镍）、Cd（镉）、Cu（铜）、Pb（铅）单元素溶液、过氧化氢、硝酸、重金属单元素混合标准储备液、参考物质岩矿（符合国家一级标准）、高纯水、Se、Rh、Bi混合内标储备液。（2）研究方法。①配制实验标准溶液：配制混合标准溶液：重金属元素包括Cr、Cd、Cu、Pb、Ni、Zn，配备标准为：0μg/ml、5μg/ml、10μg/ml、20μg/ml、50μg/ml、100μg/ml，用5%HNO3进行稀释。②消解样品：称取岩矿样品0.2g放置在消化灌中，加适量的超纯水，放置30%的双氧水5ml+35%HNO32ml在微波消解器中，摇晃均匀后进行密闭，再使用微波消解方法开始消解处理，消解条件如表2所示。（3）实验结果：①校正基体效应：电感耦合等离子体质谱法分析过程中，样品溶液元素含量的不同会影响到待测元素信号，其通常表现为待测元素信号的增强、抑制，同时，基体效应、设备漂移都会产生一定的抑制作用，基体效应较难被定量化、测量，可借助内标法进行定量分析，能够校正、监控信号长期或短期漂移，具备较好的补偿作用②验证实验：为科学验证电感耦合等离子体质谱法的准确性，在既定实验条件下，对岩矿样品予以加标回收实验，其回收率约为90.0以上，岩矿标准物质的测定结果基本与标准值吻合。
4促进岩矿样品分析工作开展的对策
（1）完善地质矿产勘察中的管理制度：地质矿产勘察企业需要将国家对矿产资源的各项法律规定来作为勘察工作的指导方针，并根据企业的实际情况来进行一定的调整，从而完善企业自身的管理制度，为地质勘察的技术人员创造出更好的工作环境与工作秩序，是技术人员能够专心与工作上，提高技术人员的工作效率。企业还需要根据地质勘察行业的标准来对企业内部的运行机制进行科学的调整，明确各个岗位中的工作职责，以此来作为参考依据来建设和管理勘察队伍，让管理勘察队伍来对勘察工作进行监督与调整。（2）增强对于勘探技术人员的管理工作：地质矿产勘察企业需要加强对于技术人员的管理工作，使在一线岗位的技术人员能够按照企业与国家所指定的标准规范来进行勘察工作，从而保证勘察工作在进行的过程中不会因违反规范标准而出现重大的失误。
5结语
综上，笔者对常见的岩矿化学分析法进行了分析，为促进岩矿化学分析法的应用效果的提升，应采取多种有效对策，如：完善地质矿产勘察中的管理制度、增强对于勘探技术人员的管理工作，促进我国地质勘察工作的有序实施。
参考文献
[1]李成雄.矿石样品成分中金属元素的化学分析与研究[J].中国新技术新产品,2016,(21):47-48.
[关键词]X射线荧光光谱法；铅镓锰；XRF
中图分类号：O657.31文献标识码：A文章编号：1009-914X（2014）34-0163-01
一、XRF的基本原理、仪器类型和一般特点
1、原理。样品中的元素受到具有一定能量的粒子（质子、电子、X和γ光子）激发，就发射出这个元素特有的X射线或荧光X射线。用X射线的能量（或波长）可知是何种元素，由这种能量X射线的强度（每秒测探到的X光子的多少）可知这种元素的样品中的含量。
2、主要仪器类型简介。X荧光光谱仪主要由三部分组成：激发源部分，色散部分和探测记录部分。
在我国应用最为普遍的是X光管激发的波长色散谱仪。这类仪器又有单道和多道之分。所谓单道仪器的只有一个测角仪，各元素采用依次测定的方式，它比较灵活，每个元素都可选用其最佳测量条件，适合于科研和工作量不大的生产单位使用。多道是多个元素同时测定的方式，一般有24-28个固定道和一个扫描道（相当于一个单道），这种仪器效率较高，适用于大的生产单位使用。
3、XRF的一般特点
（1）XRF是一种非破坏性多元素快递分析方法。非破坏性是指样品经分析测定后不消耗也不变化，这不仅便于样品检查，同时也使这一方法称为无损检验的重要手段。
（2）XRF所能分析的元素种类多，含量范围宽，原则上XRF可分析原子序大于4的任何元素【1】，不经化学富集可从100%测定到1ppm的含量（达6个数量级）。经富集（视富集程度）一般可使检出限降低1-2个数量级，但更能引起人们注意的是它对于主要和次要组分的高精度测量。
（3）制样简单，且可长期保存。对于通常地质样品，主要采用硼酸盐熔融（制成平滑均匀的玻璃体圆片）和粉末压片制样。除需要富集的样品外，几乎不涉及到化学处理。
（4）自动化程度高。现在的XRF仪器都带有进行程序控制和数控处理的计算机和用于更换样品的自动样片交换器，在水和电保证供应的情况下可实现“无人操作”。
（5）由于该法一般不作化学处理，因而也就不易污染环境。当然，X射线对人体是有害的。不过现在的XRF仪器的防护已相当好，在常规分析中和正常操作条件下，对操作人员是安全的。
（6）效率高，原材料消耗少。XRF法制样简单，测量可自动进行，因而人均效率较高。熔融制样主要消耗品是无水四硼酸锂（每个样片约需4-5克），而粉末压片制样几乎不用化学试剂或只用少量纤维素，聚乙烯之类廉价品作粘结剂，速度快，经济效益高。对于成千上万的化探样品分析来说，也很重要。
二、XRF实际测试能力
下面将从XRF能分析的元素种类，检出限，精度和准确度及效率等几个主要方面做具体评价。
（1）所能分析的元素种类和检出限
XRF法很难进行气体分析，虽然理论上可以检测原子序大于4的任何元素，但目前作为常规商品仪器一般是从9号元素开始的，因此在地质实验用XRF分析测定的元素有71种。当然要测定这些元素还要受到检出限的限制。
XRF法对各元素的检出限是不同的。即使对同一元素，检出限还取决于基体组成。对大多数元素的检出限在0.5―5ppm之间，其最好区域是中等原子序数的元素（20―40号），尤其是RoMo之间的元素；原子序数大于50的元素稍差；对轻元素的检出限明显偏高（MgF），而且随着原子序的减小检出限迅速变差。
“√”：满足化探检出限要求“”：接近所要求的检出限
“”：达不到检出限要求，但有时样品中的实际含量高于此值，这时可以测定
“”：达不到要求“ד：目前还不能测定
由表可知，化探样品所要求的39个元素中能满足其检出限要求的只有22个元素（包括6个造岩元素）另有5个元素接近“规定”【2】的要求，而且这些元素在样品中的含量也常常高于所要求的检出限，因而也列入可分析元素。这样，XRF用于化探样品分析元素通常只有上述27种。尽管如此，XRF仍算上是一种有力的多元素分析手段。
（2）测定精度
XRF的测定精度主要是由制样精度、仪器精度和计数精度来决定的。对痕量分析来说，总精度取决于计数精度，由检出限来估量。根据检出限的定义，不难算出检出限含量处的精度（RSD约50%），不同含量时的精度可由表2来估量。
由表可知，三倍检出限含量时的精度约为30%，按“规定”的精度要求，这个含量可定为检出限。含量低于测定限的元素将达不到相应的测量精度。对主元素，总精度主要取决于仪器精度和制样精度，主要和次要元素的精确分析应采用熔融制样法，其精度可与经典化学法相比【3、4】。
（3）效率
对于精确的岩石全分析，8小时可以完成30―40个样品中的12个元素测定，制样速度为8小时20个；对于化探样品分析，8小时可完成15―20个样品中26个元素的测定，其制样速度为8小时80个。效率为单道仪器的15―20倍。以上仅就仪器本身的能力而言，实际上还要受到各具体条件的制约。
三、XRF快速测定铅镓锰
一般来说，测定化探样品中的Pb、Ga、Mn等元素时，常常采用Fe、Ca、Rb、As、Bi、Ti等元素做谱线重叠干扰及基体校正。而在化探样品中上述元素常出现高异常，对于这些高异常样品，Pb、Ga、Mn等元素的测定结果有时会严重超差，甚至会出现错误的结果。在实际分析中发现，造成这一现象的原因是由于Rb、As、Bi等元素的谱线与Pb、Ga、Mn等元素谱线重叠或基体校正过头所致。目前，有一种新的方法解决了高异常样品准确测量的问题，即采用铑靶Kα线的康普顿射线作内标校正基体效应【5】。不仅解决了高异常样品准确测定的问题，而且由于基体校正元素的大量减少，测定时间合理缩短，使得工作效率显著提高。
结束语
每种方法都是有利有弊，一种方法的弱点往往是另一方法的优点所在。现代科技日新月异，新技术新方法层出不穷，对于分析人员来说，要总结老方法的不足，试验新方法，互不利用，分析出精准的化验结果。
参考文献
[1]Bertin，E，P.《PrinciplesandPracticeofX-RaySpectiometricAnalysis》，2nd，93，1975.
[2]地质矿产部物化探局，“区域化探全国扫面工作若干规定”（讨论稿），1983.
[3]刁桂年等，分析化学，11，1，45―48，1983.
【关键词】无机化学元素化学教学方法思考
【中图分类号】O612【文献标识码】A【文章编号】1009-9646(2008)09(a)-0208-02
无机化学是化学、化工、轻工、医药、生物、冶金、材料等专业主要的专业基础课。无机化学按内容划分通常分为基础理论和元素化学两大部分[1]:理论部分包括物质结构(原子结构、分子结构、晶体结构等)、元素周期律、热力学基础、动力学基础、溶液中的各类离子平衡原理等;元素化学部分是按照元素周期表系统地讨论元素及其化合物的制备、性质、反应性、以及它们之间的联系和规律。这就很难避免,在元素化学部分,叙述、纪实性的内容过于集中,虽看懂不难,但掌握好却又不容易。然而,元素化学不仅是无机化学的重要组成部分,而且是培养学生综合学习能力的一种重要的手段。因此,从20世纪90年代起,我国高校化学化工及相关专业纷纷进行元素化学教学的改革,取得了较大的成效[2-6]。笔者就多年的教学实践与体会,浅谈几点对元素化学教学改进的思考和尝试。
1了解现行无机化学教材的特点,科学地灵活组织教学内容
现行的无机化学内容主要分成基础理论和元素化学两大部分。笔者认为,从教材编写的角度考虑,这主要是为了便于教材内容论述及编排的系统性。因而,作为教材的使用者,应该根据教学要求、使用教材的目的和所在学校的实际情况,科学地灵活组织教学内容。因此,元素化学教学研究的重点,亦即当前更值得思考和解决的问题应该是:针对现行无机化学教材的特点,如何将基础理论和元素化学有机结合以及从教学手段和教学方法等方面上改进元素化学的教学,而不是停留在对现行教材的评价上。在教学过程中,我们根据学生的情况(通过了解学生毕业中学的实验条件,了解学生对元素化学知识的感性认识程度以及掌握基础知识的程度等),在讲授理论基础知识时,对于学生难理解不易掌握的基础理论,常采取穿插到元素化学部分中去扩展开来讲解,举学生熟悉的有关的典型的元素及化合物为例,阐述或论证相应理论的概念、定义和应用条件及其范围;而有时在讲授元素化学部分的过程中或讲授完一章或一节的内容时,却又穿插回基础理论部分,组织学生回顾已讲授过的相关理论知识要点,然后引导学生运用这些理论知识对刚学过的元素化学内容进行“理论－性质”的演绎。
2运用基础理论知识,贯穿元素化学内容
无机化学的基础理论本来就主要是在总结了大量元素化学事实的基础上形成的学说演绎而来的,因而运用基础理论知识,贯穿元素化学内容就是将基础理论知识再回到元素化学事实中,预测、分析、解析、说明和论述元素及其化合物的组成、结构特征、性质、制备、反应性以及它们之间的联系和规律。在教学过程中,我们抓住基础理论知识与元素化学知识之间相互联系的三条主线贯穿元素化学内容,从而突出无机化学基本原理在元素化学学习中的应用和指导作用,加深了学生对无机物性质、反应规律的理解以及对无机化学基本原理的掌握。
(1)运用动力学、热力学和化学平衡原理分析和判断物质的反应性能。例如,通过对比卤素单质与水反应的动力学、热力学数据及有关平衡常数,归纳总结卤素单质化学性质及其递变规律。
(2)运用物质结构知识,分析物质性质的变化规律。元素化学涉及到100多种元素及其化合物的组成、结构、性质、用途、制备及其性质变化规律。物质的存在、制备和用途取决于物质的性质,而物质的性质又取决于物质的组成和结构,由此可知,元素化学的着眼点是物质的性质,而其研究内容的核心是物质的组成和结构。因此,在教学过程中,我们抓住物质结构这个核心,根据结构性质用途(或制备方法)这条主线,运用原子结构、分子结构、晶体结构和配合物结构的理论分析每族元素单质及其重要化合物的结构,对物质的性质及其变化规律以及结构与物质物理、化学性质的构性关系进行合理的推断和验证,并由此掌握其主要用途和制备方法。
例如,在讲授铬(Ⅵ)的化合物时,结合“无机化学实验”中相应内容的实验现象和结果,运用原子结构的基础知识――原子结构三要素――核电荷数(有效核电荷数,即核电荷半径比Z/r)、价层电子结构和原子(离子)半径来解释或推断铬(Ⅵ)的化合物的主要性质:铬价层电子结构为3d54S1,因而其+6氧化数为稳定氧化态;Cr(Ⅵ)Z/r值较大(即具有较高的有效正电场),所以铬(Ⅵ)的化合物具有如下的性质:(1)无论在晶体或溶液中都没有简单的Cr6+离子存在,总是以CrO3、CrO42-和Cr2O72-等形式存在(Cr(Ⅵ)具有较高正电场,强烈吸引氧原子);(2)铬(Ⅵ)的化合物都具有颜色(CrO3、CrO42-和Cr2O72-中的铬和氧之间存在较强的极化效应(Z/r值较大的Cr(Ⅵ)对半径较大O2-具有较强的极化作用),致使电子云密度更大的O2-中的电子向Cr(Ⅵ)转移,在转移过程中吸收了可见光的一部分而产生颜色(这种显色机理称为电荷跃迁);(3)CrO3、CrO42-和Cr2O72-在酸性溶液中都具有强氧化性。这是由于Cr(Ⅲ)在酸性介质中亦为较稳定的氧化态,因而+6氧化态的Cr(Ⅵ)容易接受电子而被还原为稳定的Cr(Ⅲ)。而CrO42-在中性溶液中不显氧化性,这是由于CrO42-为稳定的四面体结构,其中的Cr―O键较强,不容易被还原而断裂。
(3)运用电势图解,分析和掌握物质的氧化还原性质。应用元素的元素电势图、自由能－氧化态图和电势－pH图的直观教学手段以及热力学原理,通过看图、分析图,系统、直观地比较同族元素不同氧化态的基本性质及其变化规律,进而讨论不同氧化态物质的相对稳定性、歧化反应发生的可能性、氧化还原反应的方向,使学生从热力学角度深刻理解元素及其化合物氧化还原性质与氧化还原反应的实质,从而使学生能够从更多的侧面去掌握元素化学知识,不再感到枯燥和难记,大大提高了对元素化学学习的兴趣。
3加强元素化学实验,增强从感性的角度掌握物质化学性质的力度
化学实验是化学学科赖以形成和发展的基础,是化学教学中学生获取化学经验知识,揭示化学变化规律和检验化学知识的重要内容和手段。元素化学实验,主要是根据物质的化学性质进行有关的实验,因而做好元素化学实验是学好元素及化合物性质的重要手段。
例如硫化铅的性质实验。在硝酸铅溶液中滴加饱和硫化氢水溶液,离心,洗涤后分离出硫化铅沉淀,加入6mol・L-1HCl溶液,沉淀逐渐溶解。从硫化铅的溶度积常数KOsp=1.0×10-28看,数值很小,难溶于稀盐酸中(按0.01mol硫化铅溶于1dm3盐酸中所需盐酸最低浓度计,盐酸的浓度最低为3×102mol・L-1)。实验与理论相矛盾,此时应以实验结果为准。实际上,实验得到的硫化铅沉淀开始时基本是无定型的,因而可以溶于6mol・L-1HCl溶液中,而溶度积常数对应的难溶物一般为稳定的晶型结构物质。此时,可引导学生将这感性的知识提升到理性知识,指导学生从碳族元素的原子结构及其价层电子结构的特征着手,分析硫化铅难溶的原因以及为什么没有铅的氧化数为+4的硫化铅存在的原因等,继而指导学生以碳族元素为例学习其它主族元素及其化合物的性质及变化规律。又如氢氧化铝的两性实验。在硫酸铝溶液中滴加稀氨水溶液,离心,洗涤后分离出氢氧化铝沉淀,分别加入2mol・L-1HCl和2mol・L-1NaOH溶液,氢氧化铝沉淀都溶解了,而用笔者科研用的氢氧化铝(中国铝业公司广西分公司生产的产品)代替在溶液中析出的氢氧化铝做试验时,这工业品氢氧化铝在常温下不溶于稀酸稀碱中,这也与大家所熟知的氢氧化铝为典型的两性氢氧化物不符。这乃因从溶液析出的氢氧化铝沉淀为无定型的,而工业品氢氧化铝,按铝的冶炼工艺要求,为具有一定结晶度的氢氧化铝。
从上述实验看出,一些看似与理论矛盾、与自己熟知的知识不符、模糊不清、印象不深、理解或掌握不透的元素化学知识,通过实验可以使学生从感性的角度进一步加深理解和掌握这些知识。
4理论联系实际,体现STS思想,调动学生的主观能动性
第十届国际化学教育会议提出按照“科学(Science)、技术(Technology)、社会(Society)(STS)”思想来组织实施科学教育[6]。STS强调科学、技术与社会的相互关系,重视科学技术在社会生产、生活和发展中的应用。STS教育思想已成为理工科教育的发展方向。其核心就是理论联系实际,理论与实际相结合。对于元素化学教学,STS不仅是一种教育思想,更是一种教育方法与手段,因为“元素化合物”知识是化学中与生产和生活实际联系最紧密的部分,教学中应充分体现这一点。我们的教学实践也说明了这一点:与生产、生活实际结合越密切的化学知识,学生学起来越亲切,越容易掌握,越能充分调动起学生学习的主动性和积极性。在教学中,我们尝试采用从身边的生活说起,即“生活－元素化学知识－生产实际”和从元素化学说开来,即“元素化学－生产实际－生活”的教学方法。
同时,利用广西有色金属矿产资源的优势,我们在教学中常常结合广西有色金属精细化工产品企业的生产实际讲授金属元素的单质及化台物的制备及应用,并利用走出去,请进来的方法,开阔
学生的视野和拓宽知识面,了解理论知识如何应用于生产实践。
通过采用STS教学方法,使学生对一些看起来似乎熟悉可实际上又不了解的元素及化合物变得亲切起来,从而激发了学生学习元素化学的主动性和积极性。
5引入新知识,增强课程的吸引力
21世纪的化学将在与物理学、生命科学、材料科学、环境科学、信息科学、能源、海洋、空间科学等学科的相互交叉、相互渗透、相互促进中共同发展。.随着科学技术的发展,无机化学一方面继续发展自身,另一方面正在向其他学科如生物、有机、环境科学等方面渗透;另外,冶金、地质、以及原子能工业、电子工业、导航、激光等新兴工业和尖端科学技术的发展又对无机化学提出了新的要求[1]。因此,在组织元素化学的教学过程中,在抓住教材内容的重难点,保正教学计划的前提下,在适当的章节中深入浅出地介绍如下几个方面的新知识、新技术、新领域、新理论、新成果和发展趋势的初步知识:(1)配位化学(d区过渡金属配位化学及其涉及到的配位化学理论、有机金属化学、金属原子簇化合物化学和有关的反应机理及催化动力学等);(2)固体无机化学(无机材料化学:电子材料、陶瓷材料、磁性材料、激光材料、纳米微晶及原子簇材料等);(3)生物无机化学(无机元素的生物学效应);(4)物理无机化学和核化学(放射性化学和核化学)等。尤其是要通过介绍生物无机化学的研究进展,激励大一学生学习元素化学的主动性和积极性。因为目前我国的生物无机的研究总体水平与国际水平还有一定差距,究其原因,最突出的问题是缺乏杰出的青年研究人才。鼓励学生努力学习,争取尽早地成为这国家急需的杰出青年研究人才。
6指导学生改进学习方法,提高自学能力
无机化学是大一学生的基础课,学生刚进入大学,不适应大学的教学规律,学习的依赖性强,自学能力差,尤其是元素化学的学习,一般都感到内容多,抓不住重点,记不住,掌握不了,还停留在中学的学习方法上。根据大一年学生的特点,建立中学化学与大学化学衔接及过渡的平台,遵循大一学生“由浅入深、循序渐进、由表及里、由感性到理性”的认知过程及规律,积极引导大一学生不仅在化学的学习内容上,而且在学习和思维的方法和方式上从中学过度到达大学。
在教学过程中,我们一方面组织高年级优秀学生和优秀教师与大一学生交流学习经验,树立榜样,营造良好的学风,鼓励学生努力学习,积极向上,提高自己的自信心;另一方面,尝试采用以下几种教学方法引导学生改进学习方法,努力提高自学能力:(1)提纲－实验－讲解法。首先根据讲授内容的重难点和需要掌握的知识点提出学习提纲、思考题和目的要求,让学生预习后做相应内容的元素化学实验,然后结合实验现象和结果讲解教材有关的内容;(2)授课－实验－讨论法。首先讲授有关内容的知识后让学生做相应内容的元素化学实验,然后组织学生在课堂上分析、讨论和解释实验现象,验证教材中叙述的相应的元素化学性质,对于一些反常的实验现象则积极引导学习较好的学生通过查阅资料并自己设计做些实验加以分析解释;(3)归纳总结法。在讲授完每一节或每一章后,引导学生在梳理了自己的课堂笔记、作业和实验报告等资料的基础上,运用有关的理论知识对学过的内容进行分析归纳总结。
7搭建研究型学习平台,培养学生综合学习能力
对于为高级年级学生开设的“元素无机化学”选修课的教学,针对学生已掌握了一定理论和元素化学知识,通过组织讨论课、课程小论文报告会等教学活动,使学生能够较熟练地运用基础理论和基本知识分析和解决元素重要的单质和化合物的问题,培养学生思考问题、提出问题和解决问题的能力。同时,通过配置开放实验室、配备指导教师、建立教学科研网络系统以及指导学生参与教师的科研活动等措施,建立理论课程教学、实验课程教学与科学研究三相结合的课程平台。通过这个平台促使学生在无机化学基础理论及相关基础理论和基础知识与当今相关科技发展前沿之间搭建起桥梁,亦即利用这个平台促使学生去揭示有关新的研究成果和发展趋势与无机化学的基础理论及元素化学知识之间的内在关联,亦即利用这个平台促使学生运用化学的基本理论及基本知识联系、解析、演绎和论证一些与元素化学相关的新的研究成果和发展趋势,在较高的层次上,进一步提高学生研究、分析和解决问题的能力。
8结束语
元素化学在化学领域中占有举足轻重的地位。随着化学在各个学科和领域中的相互交叉、相互渗透以及新兴工业与前沿学科的发展,不断对无机化学提出了新的要求。面临挑战,如何改进我们的教学方法,培养出与当今科学技术发展相适应的化学人才是值得我们认真思考的问题。
参考文献
[1]高春朵.活化课堂教学,提高学生素质.菏泽学院学报,2005,7(5):92-93.
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【关键词】盐晕；找矿；地球；化学；依据
盐晕的形成过程受一系列表生地球化学条件的控制，它主要经历元素的转入溶液、在溶液中的迁移及从溶液中析出三个阶段。
1.土壤盐晕找矿方法
“盐晕”是前苏联学者B.B.波利卡尔波奇等人提出的。系指成矿元素或伴生元素呈可溶形式在地下水中分散、迁移而形成在空间上与矿体有密切关系的一种地球化学异常。根据这种异常追索矿体的方法就称为盐晕找矿法。
事实上，元素呈可溶的形式是多种多样的，除某些盐类外，被吸附的离子和分子以及呈自由状态的离子等都属于可溶的形式。因此，提取这些可溶形式的组分来找矿统称为盐晕找矿法是有点不确切，似乎称为部分提取找矿法更为合适些。但由于习惯上一般都称为盐晕找矿法，因此，在这里继续延用之。
盐晕找矿方法研究的比较早，B.B.波利卡尔波奇《次生分散暈和分散流》一书于1981年在地质出版社以中文出版，书中就介绍一些盐晕的资料，1975年，A.N.波列尔曼的《后生地球化学》在科学出版社出版，书中就更详细介绍了盐暈的相关资料。我国对盐晕找矿技术方法的研究起始于20世纪80年代初，当时主要针对盐暈化学提取的实验研究较多，到80年代中期，盐晕找矿技术才被勘查地球化学工作者列人生产实验阶段，随后取得了一些科研成果，但盐晕找矿技术至今也没有被广泛推广使用，其原因：一是盐暈找矿技术实验研究进入高潮时，正面临我国地质行业不景气时期，导致许多科研人员没有能深入下去；二是盐暈找矿方法的化学分析技术要求高，测试工作中的许多测试条件复杂而严格，分析成本比常规化探高出许多，使许多生产应用部门无法接受，导致成果无法转化为生产力，无法得到推广使用。
大量的实验研究结果表明，盐晕找矿技术方法虽然分析成本高于常规化探或者说高于其他化探方法，但盐暈找矿技术应用于化探异常评价中筛选矿致异常与非矿致异常，以及排除干扰异常，有着其独特的指示效果，其作用是任何一种化探方法都无法取代的。遗憾的是，这种优越性和先进性从20世纪80年代末至今也没有受到人们的重视。现将该项研究成果介绍给读者，希望在化探工作者面临无数个化探异常无法辨别其真假时，能够运用该技术方法，使其发挥它应有的作用，特别是在寻找深埋隐伏矿的难度越来越大时，能展现它的风采。
2.盐晕找矿的地球化学依据
2.1元素的转入溶液
元素从矿体物质中溶解并转入溶液这是形成盐暈的先决条件。促使矿体物质溶解的因素是多方面的，在不同条件下起主导作用的因素也不同。在表生条件下，起主导作用的是氧化作用，对于大多数硫化物矿床来说，原生硫化物几乎不溶于水，所以必须有一个矿床的氧化过程。此时，一方面形成了可溶的硫酸盐，另一方面造成一个酸性的环境，有利元素的迁移。所以，氧化带的发育，对于硫化物矿床来说，是形成盐暈的重要条件。在表生条件下，促使元素转入溶液的另一种作用是形成络合物。这种作用对于一般认为不溶的贵金属等的迁移有很大意义，特别是在一定条件下有机络合物的形成对元素的溶解有显著的作用。在深部缺氧条件下，由相邻矿物的电极电位差造成的微电池作用，成为矿物溶解的重要因素。另外，矿体跨越两个不同的Eh环境的宏观原电池作用也是矿体物质溶解的因素之一。而对于可溶性的盐类矿床来说，则可以是单纯的溶解。
为了了解矿体物质能否溶解于水的问题。我们做了如下的实验：对南京栖霞山铅锌矿床40线剖面的钻孔原生暈样品，加工过120目，然后加蒸熘水搅拌1min，通过离心机使样品沉淀，取水样进行原子吸收光谱分析。结果发现，在矿体及其周围出现Cu、Zn、Fe、Mn元素的异常，并且具有明显的浓度分带。这种现象说明，矿体物质中存在部分可溶的形式。在实验室条件下能观测到的矿体物质的溶解，那么在自然界更能产生，因为自然水中含有相当多的氯化物及臭氧等组分，它促使矿体物质溶解的条件比实验室条件还要复杂并有利得多。
2.2元素在溶液中的迁移
存在于溶液中的元素可以通过下列几种方式迁移。
2.2.1扩散作用。这是一种经常起作用的因素，只要有浓度梯度存在，这一作用就将进行下去，直到浓度梯度消失，扩散方向单纯由浓度梯度方向决定，而与水的流动方向无关。对于硫化物矿床来说，矿体与潜水面交接处，氧化作用最强，元素大量转入溶液，此处浓度最高，是一个扩散源。
2.2.2流动作用。流动作用是地下水受重力及地层压力作用的结果，但只有所谓“自由水”才能有这种运动。流动作用的方向与大小，取决于当地的水文地质条件。
2.2.3毛细管作用。毛细管作用也是普遍存在的现象，它是指含矿水溶液在土壤颗粒之间，依靠毛细管作用上升，土壤颗粒越细，形成的毛细管也越细，上升的高度就越高。毛细管上升极限至地表这一段，取而代之是蒸发迁移。
除上述作用外，矿体溶解物质的上升迁移可能还有以下因素：大地氧化还原场的作用、裂隙孔隙承压力、逸散气流化学热和地热扩散等。
2.3元素从溶液中析出
元素随溶液上升迁移到土壤层以后即进入了一个新的地球化学环境，由于物理化学条件改变，它就不能稳定于溶液中，而通过一定的方式沉淀出来，从而形成盐暈异常。
元素在水中迁移时，可呈简单离子、络离子、分子或胶体粒子形式存在，因而形成沉淀的方式和条件也就不同。在地表条件下，使元素析出的作用有下列几种：
2.3.1蒸发使溶液过饱和而析出。这种作用在干旱地区最明显，此时接近地表的含矿质溶液把它所含的所有盐类全部析出，往往造成土壤表层的盐碱化。给农业生产带来很大危害，但如水中含有矿体带来的成矿元素和伴生元素，则相应地在地表形成典型的盐暈。
2.3.2发生沉淀反应而使元素析出。在地表条件下，使金属元素沉淀的酸根形成相应的次生矿物，对盐暈来说，形成次生矿物的情况是比较局部的。
（广西师范学院地理科学与规划学院，南宁530001）
摘要：土壤重金属元素异常下限值的确定对区域土壤环境评价具有重要意义，本研究基于ArcGIS技术与分形理论对喀斯特小流域土壤重金属Cd元素的异常下限值进行研究，通过含量－面积方法确定了喀斯特小流域土壤重金属Cd元素异常下限值为1．07mg/kg。通过与传统方法（平均值加两倍标准离差）和85％累计频率法进行对比，表明分形方法确定的异常区域是有效的、合理的。
关键词：分形；Cd；异常下限；土壤；喀斯特；流域
中图分类号：X825文献标识码：A文章编号：0439－8114（2015）06－1361-04
DOI:10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2015.06.020
DetermingMinimumThresholdsofHeavyMetalsinSoilBasedonArcGISandFractalMethod——TakingCdinKarstBasinasanExample
SONGShu－qiao，HUWei
（SchoolofGeographyandPlanning，GuangxiTeachersEducationUniversity，Nanning530001，China）
Abstract：Itissignificanttodeterminetheminimumthresholdsofheavymetalsinsoilforregionalenvironmentalquality．TheminimumthresholdofCdinsoilofkarstbasinwasstudiedbasedonArcGISandfractalmethod．Theconcentration－areafractalmethodwasusedtodeterminetheminimumthresholdofCdinsoilofkarstbasin，whichwas1．07mg/kg．Comparedwiththeresultsobtainedbytraditionalmethods（x＋2S）and85％ofthecumulativefrequencymethods，theanomalyextensiondeterminedbyfractalmethodwaseffectiveandreasonable．
KeyWords：fracal；Cdelement；minimumthreshold；soil；Karst；basin
收稿日期：2014－12－09
基金项目：2014广西研究生教育创新计划项目（YCSW2014184）；广西软科学研究计划课题（11217002－31）
作者简介：宋书巧（1964－），女，山东烟台人，博士，硕士生导师，主要从事土壤环境质量评价的研究，（电话）13132815908（电子信箱）sshuq@163．com；
胡伟（1988－），男，湖北仙桃人，在读硕士，研究方向为区域环境科学，（电话）18078163370（电子信箱）hbhuwei@sina．com。
分形理论是当今世界十分风靡和活跃的新理论、新学科，分形的概念是美籍数学家曼德布罗特（B．B．Mandelbort）首先提出的［1］，分形理论目前已经成为定量描述地理和环境现象的有力工具。用分形理论刻画自然界中一些不规则、不稳定或具有高度复杂结构的现象，能够以少量数据描述总体情况［2－4］。
土壤具有不同程度的空间变异性，导致其分布的重金属元素也存在空间变异性。确定土壤重金属异常下限值是研究土壤重金属污染物空间分布特征的关键步骤之一。以往通过计算研究区域元素含量平均值与2倍标准离差之和作为元素的地球化学异常下限值，这种方法对土壤重金属元素异常下限的判断，往往不能准确地反映土壤中重金属元素异常状况［5－7］。地球化学数据是一个具有低维吸引子的混沌系统，背景和异常的形成是两个独立的过程［8］。
利用分形方法研究区域土壤重金属含量的异常下限值是可行的。本研究以喀斯特流域为研究区域，计算流域内土壤重金属Cd含量异常下限值，并分析其合理性与有效性。
1材料与方法
1．1研究区域概况
流域地处亚热带，属南亚热带季风型气候，日照充足，气候温和，雨量充沛，年平均气温在21．3℃，极端最高温度38．9℃，最低温度－0．7℃。流域面积106km2，最大流量为69m3/s，正常流量为1m3/s。以县城为界，河流分为上、中、下游，县城位于中游。流域内分布着3种地貌，即东部喀斯特峰丛洼地、中部喀斯特岩溶谷地、西南部中低山地区，其中喀斯特地区占整个流域面积的75％以上。主要土壤有石灰土、水稻土、红壤，石灰土以棕色石灰土为主，石灰土分布占流域面积的75％以上。
1．2样品采集与测定
采用随机网格法取较为稳定地块的表层土壤（图1），每个采样单元内利用梅花布点法，采集0～20cm表层土的样品混合为一个样，共采集52个土样。采集后的土壤样品在室温下自然风干后研磨，过200目筛。处理好的土壤样品采用反王水和氢氟酸微波消解，利用ICP－MS（VistaMPX，Varian，USA）测试样品Cd元素总量。所有样品均由广西地质矿产测试研究中心测试，土壤样品中Cd元素总量范围在0．10～33．00mg/kg之间。
1．3研究方法
C－A分形方法（浓度－面积法）是分形理论中用于计算土壤重金属元素异常下限值的方法之一。从分形理论来看，区域土壤重金属异常时，异常值可能遵循分形分布而不是正态或对数正态分布。符合分形分布的特点要求，大于等于元素的某一含量值与该含量值的分布范围（面积）存在幂函数关系，即［9，10］：
N(a)∝a-D
式中，a表示元素含量；D＞0，为分维数；N(a)∝N（≥a）表示含量大于等于a的分布面积。
区域土壤重金属元素含量异常，在双对数坐标下绘制含量与面积的散点图时，其散点大致分布在两条直线上，采用分段拟和的方法，在两个区间用最小二乘法进行回归分析，并用最优化方法确定分界点。这里所获得的分界点的地球化学意义可以看成是元素含量在空间上至少存在两个层次的分布，即小于分界点的含量为元素含量的背景分布，大于分界点含量为元素含量的异常分布，该点对应的值为元素含量分布的异常下限值［11－16］。
C－A分形法难点在于计算不同元素含量对应的面积，这点可以通过在ArcGIS平台进行等值线的描绘、面积与含量的统计来解决，其具体过程如下：
1）在ArcGIS软件平台中，利用普通克里金插值法将已经实测重金属元素含量数据进行插值处理并检验插值的正确性，然后生成重金属元素含量分布的栅格文件。
2）利用ArcGIS等值线功能，使用重金属元素含量栅格文件生成线文件，再将线文件与研究区范围叠加生成等值面。
3）对等值面进行条件检索，检索不同的a值（含量值），对大于等于所检索C值的等值线区域进行面积统计。
4）不断重复上述步骤，选取不同的a的值，统计其等值线区域面积。
5）对不同的a的值及其对应的面积数据取对数，进行最小二乘法拟和，其分界点对应的a的值即为元素的异常下限值。
2结果与分析
2．1C－A分形方法对异常下限值的确定
运用浓度—面积法对流域表层土壤中Cd元素的多维分形进行探讨，ArcGIS处理过的元素含量与面积在双对数坐标系统下的分布符合两段分布模型，用最小二乘法拟合为两段直线（图2），两段直线的方程分别是：
y＝0．1285x＋12．855（0．1≤x≤1．07）（1）
y＝－1．2524x＋13．545（1．07≤x≤33．00）（2）
利用最优法求解两条直线在相应区间的剩余平方和（E＝E1＋E2）是1．07，以上两条直线的方程均通过一致性检验，方程1中R2为0．903；方程2中R2为0．908。两条直线拟合度高。分界点所对应Cd元素含量为1．07mg/kg，由此得到该流域土壤中Cd元素的异常下限值为1．07mg/kg。
2．2传统法计算下限值
传统计算方法是建立在数据符合正态或对数正态分布基础上，但在实际工作中没有任何数据完全服从正态分布。所以对于测试数据一般要进行离群点数据（最高值、最低值）的迭代处理，一般认为不在X±3S区间内的值为异常值，应该剔除。处理后的数据平均值与两倍标准差值和为元素的异常下限。实测数据描述统计量见表1。传统方法计算的Cd元素异常下限值为14．68mg/kg。
2．385％累计频率法计算下限值
累计频率就是一个数值的频率和比它的频率高的数值频率的总和。设x1＜x2＜…＜xm不重复的样本值，m＜n。把样本值小于或等于样本的数据xi的频率累加，得到小于或等于xi的累积频率。再把累积频率85％时xi的值作为异常下限，该法计算的Cd元素异常下限值为7．02mg/kg。
3讨论与结论
3．1讨论
三种方法对Cd元素的异常下限值计算的对比，见表2。采用C－A分形法，对流域土壤Cd元素异常的下限值进行计算，其异常值的下限为1．07mg/kg，其异常区域占整个流域面积的68．75％；采用传统方法计算流域土壤Cd元素异常的下限值为14．68mg/kg，其异常区域占整个流域面积的0．61％；采用85％累计频率法对流域土壤Cd元素异常的下限值进行计算，其异常值的下限为7．02mg/kg，其异常区域占整个流域面积的12．94％。其分布范围如图3所示。
采用传统方法计算的异常值，对数据的要求较高，需要数据大致服从正态分布，而流域内实测土壤中Cd元素的含量基本不符合正态分布，从而导致该法的计算值远高于我国土壤环境质量标准（B15618－1995）中规定土壤中Cd元素的三级标准1．0mg/kg。采用85％累计频率法，同样受到实测数据的影响，从而导致其计算结果也超过土壤中Cd元素的的三级标准，以上两种方法在未受到污染的区域使用，其结果明显偏大，而采用C－A分形的方法计算流域内土壤中Cd元素异常的下限，考虑了土壤中地球化学元素的空间相关性，将元素背景值与异常看作两个分开的过程。并且其异常区域分布范围主要位于流域的中游（县城），说明流域中游的人为干扰是土壤Cd元素含量偏高原因之一，此外喀斯特地区中Cd元素本底值偏高［17］，是该流域土壤Cd元素异常下限值略超过土壤环境三级标准的原因之一。以上都能够说明利用C－A法计算流域土壤Cd元素异常下限值是可行的，是符合实际的。
3．2结论
流域土壤重金属Cd元素含量与面积的对数关系符合两段分布模型，流域内土壤重金属Cd元素的分布具有分形特征，基于ArcGIS平台，利用C－A分形方法计算流域内土壤重金属Cd元素异常下限值可行，其异常值为1．07mg/kg。通过对比分析，基于ArcGIS和分形方法确定流域内土壤重金属Cd元素异常下限值是有效的、合理的；相较传统的方法和85％累计频率法，其计算的结果具有更高的可信度。
参考文献：
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一、化学式的书写
初中化学中，出现的不同物质的化学式有一百多个。记忆和书写物质的化学式，绝不能靠死记硬背，而应掌握其书写要领，只要常写常练，便能较快地达到熟练的程度。
1.单质的化学式的书写
单质的化学式的书写相对较为简单，首先它与元素化合价无关，其次初中阶段一般只要求同学们掌握两类单质化学式的书写：
（1）“X型”单质化学式书写
所谓“X型”，即直接用元素符号表示单质的化学式。这类单质情况之一是由原子直接构成，初中最常见的是金属单质和稀有气体单质，如单质铁的化学式为“Fe”、氦气的化学式为“He”，X型还有一种情况，就是常温下为固体的单质（除碘单质），如硫单质化学式为“S”。
（2）“X2型”单质化学式书写
初中常见的有常温下为气体且由分子构成的单质，如：H2、N2、Cl2；另外还有碘单质I2。
2.化合物化学式的书写
（1）名称中带有数字的
书写名称中带有数字的化合物化学式时，一般也不要考虑化合价，只要直接根据名称书写即可，当然要注意前后位置（先读后写，后读先写）及数字的位置（直接写在对应元素符号的右下角）。
如四氧化三铁（Fe3O4）、五氧化二磷（P2O5）等，需要注意的是，写在后面的元素的原子个数为“1”时，名称中的“一”一般不省略，写在前面的元素的原子个数为“1”时，名称中的“一”则省略。如CO2读成二氧化碳，而不是“二氧化一碳”，CO读成“一氧化碳”，而不是“氧化一碳”。
（2）名称中不带有数字的
正确书写这类型物质的化学式，一是要熟练记忆元素符号，二是书写化合物的化学式时，要熟练记忆常见元素和原子团的化合价，三是书写化合物的化学式要符合各元素正负化合价的代数和为零的原则，四是掌握书写化学式的一般方法。一般有以下三种情况：
2.2.1：命名为“某1化某2”型的
如氧化铝、氯化钙、氢氧化钠等，书写化学式时，某2写在前面，某1写在后面，再根据课本上提供的书写步骤写出对应的化学式。如氧化铝（Al2O3）、氢氧化铜Cu（OH）2等
2.2.2：命名为“某1酸某2”型的
这种类型的化合物往往由以下两部分组成：“某1酸根”和“某2元素”。书写化学式时，“某2元素”写在前面，“某1酸根”写在后面，再根据课本上提供的书写步骤写出对应的化学式。如硫酸铜是由“硫酸根“和“铜元素”组成的，不能认为是由“硫元素和铜元素”组成的，也不能认为是由“硫酸（H2SO4）”和“铜元素”组成的。
2.2.3：命名为“某酸”型的
这种类型的化合物往往由以下两部分组成：“某酸根”和“氢元素”。书写化学式时，氢元素写在前面，某酸根写在后面，再根据课本上提供的书写步骤写出对应的化学式。如硫酸（H2SO4）等。
需特别提醒的是：硫酸是由“硫酸根（SO4）”和“氢元素”组成的，初学者往往以为“SO4”就是硫酸的化学式。
二、化学式表示的意义
中考时，大都考查分子构成的物质的化合物化学式的意义，它一般有以下几种意义：表示一种物质及该物质的元素组成；表示该构成物质的分子及分子的原子构成；还能表示一定的数量关系（元素的质量比等）。
如“H2O”的意义有：表示水；表示水是由氢元素和氧元素组成的；表示水分子或1个水分子；表示水分子是由氢原子和氧原子构成的或1个水分子是由于2个氢原子和1个氧原子构成的；表示通过相对原子质量的计算相关数量关系等。
典型错误分析：
关于“H2O”的意义，有下列常见典型错误：
（1）表示水是由氢原子和氧原子构成；
原因分析水是分子构成的物质，不是原子构成的物质。
（2）表示水分子是由氢元素和氧元素组成的；
原因分析分子是微观的，元素是宏观的，微观概念不可能由宏观概念组成。
（3）表示水中氢元素和氧元素的质量比2：1；
原因分析2：1表示水分子中氢原子和氧原子的个数比，对于不同元素来说，元素的质量比不等于原子个数比。
三、中考链接
1.（2011南通）依据氧化铁化学式Fe2O3，某同学做出的下列推断中错误的是（）
A.氧化铁由铁元素和氧元素组成
B.氧化铁中铁元素的化合价是+2
C.氧化铁的相对分子质量为l60
D.氧化铁中铁元素的质量分数为70％
2.（2011年盐城）竹炭的吸附能力是木炭的五倍以上，其主要成分竹炭纤维的化学式可表示为（C6H10O5）n。下列说法错误的是（）
A.竹炭可用于净化室内空气
B.竹炭纤维属于有机化合物
C.每个（C6H10O5）n分子中含有6n个碳原子
D.竹炭纤维中C、H、O三种元素的质量比为6∶10∶5
3.（2011年苏州）下列物质的俗称、学名与化学式表示同一种物质的是（）
A.酒精乙醇C2H6O
B.纯碱氢氧化钠NaOH
C.熟石灰氧化钙CaO
