矿区地质土壤样品中痕量铜的检测方法分析

矿区地质土壤样品中痕量铜的检测方法分析

王佳源

黑龙江省第一地质勘查院 黑龙江 牡丹江 157000

摘要：经济的发展带动工业的快速发展，大量工厂废物和废水不断排入自然环境，随着食物链进入人体之内，危害着人的生命安全，因此测定铜的含量对于生产有重要意义。矿区内部由于含有大量矿产元素，土壤和外界土壤有所不同，传统的原子吸收光谱法、分光光度法由于需要花费大量成本，不适合检测矿区内部土壤的铜离子。

关键词：矿区；地质土壤样品；痕量铜；检测方法

引言：

在地质勘探的普查和详查工作中，土壤地球化学的指示作用是重要的决定性因素之一。随着地表及浅部矿产的开发，边深部盲矿体的找矿难度不断加大。矿区地质土壤中铜含量检测对于矿区内部工业发展有重要影响，利用传感器检测矿区地质土壤样品中的痕量铜离子，并进行实验，结果表明，传感器检测样品效率加快，范围较广，精度较好。

1 矿区土壤与矿区土壤环境问题

矿区土壤是以采矿业等产生的固体废弃岩土作为母质，经人工整理、改良，促使其风化、熟化而成的一类土壤。矿区土壤又称为矿山土壤。矿区土壤环境问题包括矿区生态破坏和矿区环境污染。矿区生态破坏主要是由于采矿等人为活动对矿区生态环境造成的影响和破坏。主要体现在农业用地的挖损、沉陷、占用，主要表现形式为水土流失、风蚀沙化、盐碱化、渍涝潜育、干旱、障碍层次、瘠薄缺素等。矿区土壤污染主要是由于矿产资源开采、加工、利用过程中，输入矿区土壤环境污染物的速度和量超过了土壤环境对该物质的承载和容纳能力，使土壤原有的功能发生变化。因此，在矿区污染土壤修复对策中应注重绿色开采、排土工艺、水土流失控制等生态修复对策，将矿区土壤污染控制在最小范围和最低程度。

2 土壤样品中痕量铜检测准备

2.1 检测材料

选用的传感器为光电型传感器，将接收到的光信号转化为电信号。传感器内部有700纳米的绿色光源，光信号从此处发出，传达到试纸条上，以光信号的形式传给光转频率传感器，通过光转频率传感器将光信号转换为电信号，将得到的信号上传到计算机中心系统中，由计算机中心系统对数据进行集中处理，最后通过液晶显示器将得到的处理结果显示出来。

2.2 快速检测铜试条的制作

试条主要材料采用PVC片材。试条由绝缘防水基片、过滤层、隔离片、反应底物膜片和盖片组成。将绝缘防水基片和盖片叠合后采用机械冲压打孔法打孔，孔径约为0.3～0.4。组装时基片圆孔与盖片圆孔要严格重合。在进行实验之前，首先要制作铜离子检测试纸，试纸主要利用聚氯乙烯片材（称PVC片材）。试纸由绝缘防水基片、过滤层、隔离片、反应底物膜片和盖片五部分组成，将绝缘防水基片和盖片重合在一起，然后通过机械冲压打出小孔，每个小孔的直径在0.3~0.4之间，孔壁和孔壁之间距离大约为2mm，组装对基片圆孔与盖片圆孔的重合程度有严格要求，通常吻合误差要小于0.1%，确保后续工作能够稳定进行。

2.4 显色剂溶液的配制浓度

配制浓度分别为0.01%、0.05%、0.10%、0.15%、0.20%、0.25%，都溶入10ml蒸馏水中，配置后的显色剂溶液浓度为1%、5%、10%、15%、20%、25%，将浓度写在纸条上，标记在瓶盖外，然后在溶液中加入3g白砂糖，充分搅拌，加以研磨，得到粘稠状的成膜剂，最后将成膜剂涂在底物磨片，放入烤箱中蒸干。

2.5 反应底物膜片的制作

称取吡咯烷二硫代甲酸0.005g溶于10mL蒸馏水中，加入水溶性壳聚糖3g，硅胶5g充分进行研磨，得到粘稠状的成膜剂，最后在底物膜承载片上涂布成膜，放入30℃烘箱中干燥。

3 实验原理

利用光信号转化为电信号的原理，设计制作光电型传感器，此传感器利用650nm的单色绿色光源照射到试纸条后以光信号的形式传送到光转频率传感器，由此元件完成光信号转换为电信号的过程，之后将电信号传递到单片计算机进行数据处理，后将电信号转换为光信号显示到液晶显示上，从而完成对试纸条的光强度检测。本实验利用吡咯烷二硫代甲酸与铜络合显色，且颜色强度随铬的浓度大小呈规律性变化。其显色强度通过传感器的光电技术转化为电信号，显色强度经微处理器转换成反射光强度值显示在传感器屏幕上，最后根据不同浓度的铜溶液所对应反射光强度，绘制标准曲线，从而分析测定矿区地质土壤样品中的痕量铜离子含量。

4 实验反应

4.1 获取不同浓度显色剂与铜反应的酶标仪值曲线

分别取浓度为1%、5%、10%、15%、20%的显色剂溶液与0.78125mol/L的铜溶液充分反应，放入酶标仪并记录所测数值，使用Origin6.0绘出曲线。实验结果表明，当显色剂浓度为0.05时，光强度值最高，说明此点反应的最为充分，即5%为最优显色剂浓度。

4.2 其他金属离子对吸光值影响

试验分别测试5种离子:Ag⁺、Fe²⁺、Pb

²⁺、Cd²⁺、Mg²⁺对铜离子的干扰，结果显示只有Ag⁺对结果有所影响。测试结果误差范围〈5%的认为不影响测试结果。测得其允许质量浓度上限如下:Ag⁺0.935mol/L、Fe²⁺3.57mol/L，剩下的离子均无影响。由于一般情况下共存离子的浓度低于上述允许浓度上限，因此，本方法具有良好的抗离子干扰能力。

5 结果

将浓度为1%、5%、10%、15%、20%的显色剂与1.25g/ml的铜发生反应，经过一段时间后将反应溶液放进酶标仪中，对其数值进行测定，最后利用计算机软件绘制出实验结果曲线如下图1所示。通过图1的实验结果可知，当显色剂浓度为0.05时，溶入对光的反射强度能力最强，由此证明此刻的反应最充分，即5%是最佳显色剂浓度。当溶液的温度为25℃，pH值为6时，痕量铜离子的浓度在0.127mol/L~1.574 mol/L，随着铜离子含量增加，试剂对光的反射能力越来越差，由此可见，铜浓度与反射率成反比关系。实验时，对铜离子的pH值进行反复调节，并记录了不同pH值的铜溶液浓度以及反应情况。实验结果表明，溶液对光的反应强度随着铜离子的增加而逐渐增加，当pH值为3时，对光的反应强度最好，证明这时的pH值是最佳反应值。

6结语

实验结果表明，向反应后的溶液加入不同浓度的显色剂后，得到的反应曲线最低点即反应最充分的时刻，然后反应曲线达到平稳，因此，铜离子具有很强烈的抗干扰能力。但是如果土壤受到较为严重的污染，可以通过加入邻菲啰啉抑制其它金属离子的干扰效应。

参考文献：

1. 贺攀红,杨珍,荣耀,等.氢化物发生-电感耦合等离子体发射光谱法测定铀矿地质样品中痕量硒[J].岩矿测试,2016,35（2）:139-144.

2. 沈亚婷,李迎春,孙梦荷,等.波长与能量色散复合式X射线荧光光谱仪特性研究及矿区土壤分析[J].光谱学与光谱分析,2017,37（7）:2216-2224.