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

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 về các phương pháp phân tích 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.
Việc hiểu rõ bản chất, năng lực của các phương pháp phân tích từ đó xây
dựng, thiết kế sử dụng có hiệu quả, đáp ứng yêu cầu cung cấp thông tin chính
xác, tin cậy là thực sự cần thiết. Trong khuôn khổ bài giới thiệu, với mục đích
giới thiệu tổng quát về khả năng của các phương pháp phân tích sử dụng cho
các đối tượng mẫu địa chất, khoáng sản, trên cơ sở đó có thể lựa chọn được
phương pháp thích hợp đối với từng đối tượng nghiên cứu, chúng tôi biên tập
các nội dung chính như sau:
- Giới thiệu một số phương pháp chủ yếu đang được sử dụng để phân
tích mẫu địa chất, khoáng sản. Ứng dụng các phương pháp để phân tích.
- Các thông tin về giới hạn xác định của các phương pháp phân tích.
- Bảng tổng hợp các nguyên tố có thể phân tích được bằng các phương
pháp phân tích khác nhau (tham khảo tài liệu).
Công tác kiểm soát chất lượng trong các đề án địa chất. Vì vậy, có một
số nội dung cần tìm hiểu:
- Tìm hiểu hệ thống quản lý chất lượng công tác phân tích trong phòng
thí nghiệm.
- Công tác kiểm soát chất lượng phân tích (chuyển đổi hình thức kiểm tra
bằng hình thức kiểm soát).

- Trao đổi một số thông tin, nội dung cần làm rõ khi gửi mẫu phân tích.

2


Năng lực của một số phương pháp phân tích mẫu địa chất hiện nay
Thuật ngữ phân tích theo quan điểm thông tin là thu nhận các thông tin
từ đối tượng nghiên cứu về hai phương diện được biểu diễn từ đối tượng nghiên
cứu về đặc tính là định tính và định lượng.
Trong các phương pháp phân tích được chia thành hai hệ thống các
phương pháp: Các phương pháp hoá học và hoá lý (trong các tài liệu việc sử
dụng các thuật ngữ này cũng rất khác nhau như phân tích công cụ, phân tích
hóa cổ điển…., tuy nhiên các thuật ngữ trên đây là phổ biến hơn cả).
- Các phương pháp hoá học là dựa vào đặc trưng sự tạo kết tủa, hoà tan
kết tủa, tạo chất có màu của yêu cầu (hay chỉ tiêu: Cu, Pb,….) cần phân tích.
- Các phương pháp hóa lý là các phương pháp sử dụng các tham số hoá
lý của đối tượng nghiên cứu khi tác động đối tượng nghiên cứu bằng các
phương pháp thích hợp. Ví dụ: sự bức xạ, hấp thụ quang….Để quan sát và ghi
nhận các tham số hoá lý thường phải dùng các thiết bị, dụng cụ khá tinh vi, do
đó các phương pháp này được gọi là các phương pháp hoá lý (hay còn gọi là
các phương pháp phân tích công cụ). Việc hiện đại hoá các phương pháp phân
tích, đối với các phương pháp phân tích hóa lý, về bản chất phương pháp không
thay đổi mà chỉ thay đổi về công nghệ và kỹ thuật xử lý.
Đối với lĩnh vực mẫu địa chất, khoáng sản rắn có thể chia thành hai hệ
thống các phương pháp phân tích phục cho nghiên cứu thành phần mẫu: Các
phương pháp sử dụng để xác định thành phần hoá học và thành phần khoáng
vật của mẫu.
Phần I: Phân tích thành phần hoá học
1. Các phương pháp hoá học.
1.1. Các phương pháp chuẩn độ, khối lượng, so màu:

Nguyên tắc chung: Các phương pháp này là: Mẫu được gia công đến cỡ
hạt 0.074mm, đảm bảo độ đồng nhất và tính đại diện của mẫu, dùng các loại
hoá chất phù hợp để phân huỷ mẫu thành dạng dung dịch tan hoàn toàn (ví dụ
các axit mạnh HCl, HNO 3... hoặc NaOH, Na2CO3...). Tuỳ theo tính chất từng
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, vì vậy yêu
cầu cung cấp các thông tin chi tiết về thành phần quặng ban đầu là rất cần thiết.
Dung dịch sau phân huỷ được đem phân tích bằng các cách khác hoặc là
kết tủa, hoặc là chuẩn độ, hoặc so màu bằng mắt thường... dựa vào tính chất
hoá học của từng yêu cầu phân tích. Các phương phân tích trên đây được gọi
chung là các phương pháp hoá học.
3


Mô hình chung: Mẫu (0,074mm)
Phân huỷ thành dạng dung
dịch tan hoàn toàn
đem phân tích bằng phương pháp chuẩn độ hoặc
so màu....
- Về thiết bị không đòi hỏi thiết bị đắt tiền, chủ yếu là các dụng cụ thí
nghiệm thông thường của phòng thí nghiệm, tuy nhiên thời gian phân tích lâu
hơn các phương pháp hiện đại nên giá thành của 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 được sử dụng để
xác định định lượng hàm lượng các nguyên tố có hàm lượng cao, dùng cho các
loại quặng kim loại, không kim loại (hiện nay có khoảng 100 quy trình phân
tích thuộc loại đối tượng này), phương pháp này vẫn được sử dụng phổ biến
trong các phòng thí nghiệm. Tuy nhiên, phương pháp phụ thuộc khá nhiều vào
tay nghề, kinh nghiệm của phân tích viên (dễ mắc sai số chủ quan của người
phân tích như nhìn mầu, đọc các vạch định mức....).

1.2. Phương pháp nghiệm:
Nguyên tắc chung: Mẫu được gia công đến 0,074mm, đảm bảo độ đồng
nhất và tính đại diện của mẫu, được nung chảy ở nhiệt độ cao với hỗn hợp các
chất trợ dung thích hợp (thành phần và tỉ lệ các chất trợ dung thay đổi tuỳ thuộc
vào đặc điểm thành phần của mẫu). Sau quá trình nung chảy, vàng và bạc được
góp vào nụ chì kìm loại. Sau đó thực hiện quá trình cupen hoá nụ chì kim loại
trong capen manhezit ở nhiệt độ tích hợp để loại phần lớn chì (do chì thăng
hoa), đồng thời chuyển hoá các kim loại tạp chất thành các oxit thấm vào bên
trong capen và để lại trên mặt hạt hợp kim vàng và bạc. Tách bạc khỏi vàng
bằng cách hoà tan hạt hợp hợp kim bằng axit HNO 3. Sau đó xác định hàm
lượng vàng và bạc trong mẫu bằng cách cân khối lượng.
Có phương pháp kết hợp nghiệm - HTNT tăng được độ nhậy của phương
pháp. Mẫu sau khi tách loại bằng quá trình cupen hoá đem hoà tan hỗ hợp các
kim loại quý bằng cường thuỷ (hỗn hợp 3HCl+HNO3) để đo HTNT.
Ứng dụng: Sử dụng để xác định hàm lượng các nguyên tố Au, Ag, Pt.
- Thiết bị có ở một số đơn vị như Trung tâm PTTN Địa chất Hà Nội,
Liên đoàn Bản đồ Địa chất miền Bắc, Liên đoàn Bản đồ Địa chất miền ....
2. Các phương pháp hoá lý (nhóm các phương pháp phân tích dụng
cụ).
Nguyên tắc chung: Các phương pháp phân tích hoá lý cũng tuân theo
nguyên tắc là mẫu được gia công đến cỡ hạt 0.074mm, đảm bảo độ đồng nhất
và tính đại diện của mẫu, dùng các loại hoá chất phù hợp để phân huỷ mẫu
thành dạng dung dịch tan hoàn toàn. Hầu hết các phương pháp đang sử dụng
4


trong các PTN hiện nay đều phân huỷ mẫu thành dạng dung dịch và được đem
phân tích trên các thiết bị như máy trắc quang, HTNT, ICP-OES, ICPMS,...Ngoài ra, có một số phương pháp phân tích trực tiếp từ mẫu rắn mà
không cần qua khâu phân huỷ mẫu, tuy nhiên hiện nay chưa phổ biến ở các
PTN trong nước.

Các phương pháp phân tích hoá lý có sơ đồ chung biểu diễn quá trình
phân tích như sau:
Mẫu (1)
Phương pháp phát hiện (dựa vào các tham số vật lý 2)
Bộ phận thu nhận và xử lý thông tin
So sánh với chuẩn để tính toán.
1. Mẫu có thể dạng rắn hoặc dạng dung dịch đảm bảo độ đồng nhất và
tính đại diện của mẫu.
2. 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 ngọn lửa, quang phổ phát
xạ plasma (lần lượt, đồng thời)), cường độ phát huỳnh quang (XRF), phổ khối
lượng của nguyên tử (ICP-MS).
Như vậy, hàm lượng có trong mẫu tỉ lệ với cường độ các tham số vật lý
đo được, so sánh với hàm lượng chuẩn để xác định hàm lượng có trong mẫu.
2.1.Các phương pháp trắc quang. (UV-VIS spectrophptpmetry)
Nguyên tắc chung: Mẫu sau khi được phân huỷ thành dạng dung dịch,
qua quá trình loại một số chất cản, tiến hành tạo phức chất có mầu của nguyên
tố cần phân tích rồi đem đo độ hấp thụ quang phân tử của chất đó. So sanh với
hàm lượng chuẩn để tính hàm lượng có trong mẫu.
- Máy trắc quang (còn gọi là máy so màu) là thiết bị phổ biến trong các
PTN. Từ những năm trước có máy so màu của Liên Xô, Trung Quốc, sau này
các PTN mua bổ sung các seri máy mới của Nhật, Anh, Đức... hiện đại hơn, có
kèm theo phần mền xử lý kết quả, máy có độ ổn định cao.
Ứng dụng: Phương pháp trắc quang là phương pháp hữu hiệu được dùng
để xác định các nguyên tố có hàm lượng nhỏ. Ngành địa chất đã xây dựng được
hệ thống các quy trình phân tích trắc quang tương đối đầy đủ cho các đối tượng
khác nhau (tham khảo quy trình của Liên Xô cũ) Phương pháp này còn được
các nhà phân tích gọi là chìa khoá vạn năng để xác định các nguyên tố hàm
lượng nhỏ.

2.3. Phương pháp trắc quang ngọn 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:
5


Phương pháp phân tích này thường có sai số lớn. Tuy có độ chính xác
không cao, nhưng do tính đơn giản có thể phân tích nhanh, giá thành rẻ nên
được dùng để phân tích hàng loạt.
- Hiện nay còn lại thiết bị đã cũ (cách đây khoảng 30 năm). Tuy nhiên
đây là phương pháp truyền thống, hiện nay nhiều PTN vẫn còn sử dụng cho
phân tích mẫu địa hoá.
Các phương pháp cổ điển có nhiều ưu việt như đã đề cập (thiết bị rẻ, ít
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 hơn các phương
pháp phân tích hiện đại (phương pháp phân tích hiện đại cho xác định cỡ
ppm, ppb, ppt).
Các phương pháp hiện đại
2.5. Phương pháp Hấp thụ nguyên tử: (AAS - atomic absorption
spectrometer).
Nguyên tắc chung: Mẫu sau khi được phân huỷ được thành dạng dung
dịch đồng nhất chuyển các ion trong dung dịch thành dạng nguyên tử tự do, quá
trình này được gọi là quá trình nguyên tử hoá. Nguyên tử ở trong thái kích thích
này có khả năng hấp thụ những ánh sáng đặc trưng của từng nguyên tố vì vậy,
phương pháp này có độ chọn lọc rất cao. Bộ phận thu nhận thông tin sẽ xử lý,
tính toán theo cường độ hấp thụ của từng nguyên tố tỉ lệ với hàm lượng có
trong mẫu.
Ứng dụng: Đây là phương pháp được ứng dụng để phân tích các nguyên
tố trong nhiều đối tượng khác nhau, đặc biệt các nguyên tố có hàm lượng nhỏ
(ppm,ppb). Phương pháp này cho phép xác định được hơn 70 nguyên tố trong

nhiều đối tượng (hợp kim, kim loại, sinh học, dược phẩm...), không ứng dụng
cho các nguyên tố có vạch cộng hưởng ở miền tử ngoại như C, P, halogen (Cl,
Br, I..), không thể xác định đồng thời nhiều nguyên tố.
- Về thiết bị: Hiện nay thiết bị quang phổ HTNT đang được sử dụng tại
Trung tâm PTTN Địa chất và Trung tâm PTTN Địa chất - Liên đoàn Bản đồ
Địa chất miền Nam (gọi tắt Trung tâm PTTN miền Bắc và miền Nam). Tại
Trung tâm PTTN miền Bắc có hai thiết bị của SIMADZU (Nhật) và thiết bị
SP9 của Anh; Trung tâm PTTN miền Nam có thiết bị của SIMADZU (Nhật).
Trong thời gian tới dự án nâng cao năng lực thiết bị sẽ có thiết bị mới hiện đại
hơn được đặt tại hai Trung tâm.
- Phương pháp HTNT là phương pháp có độ nhậy và độ chính xác cao
(có thông tin chi tiết trong các quy trình). Quy trình phân tích đơn giản và thuận
tiện, tốc độ phân tích nhanh. Đặc biệt áp dụng cho mẫu địa chất, có nền phức
tạp dễ ảnh hưởng đến nguyên tố phân tích thì phương pháp HTNT có độ chọn
lọc cao.
6


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 trong mẫu được chuyển về dạng
nguyên tử hoặc ion ở trạng thái hơi nhờ nguồn kích thích Plasma, khi đó
nguyên tử phát xạ ánh sáng, thu nhận được phổ phát xạ của nguyên tử. Mỗi một
nguyên tố có một phổ phát xạ đặc trưng, tuy nhiên cường độ phổ phát xạ phụ
thuộc vào hàm lượng có trong mẫu. Chính vì vậy, phương pháp này có độ chọn
lọc không cao bằng phương phát HTNT, hiện nay có những phần mềm để xử lý
các yếu tố ảnh hưởng. Phương pháp này có ưu điểm độ nhậy phân tích cao.
Ứng dụng:
* ICP lần lượt: ICP-seq. (Seq - sequential)
- Hiện nay có thiết bị ICP lần lượt của hãng YVON JOBIN của Pháp từ

năm 1994 đã có hệ thống các quy trình phân tích (như bảng tổng hợp). Đặc biệt
sử dụng cho phân tích 15 nguyên tố đất hiếm có độ nhậy và độ chính xác cao.
* Phương pháp quang phổ phát xạ plasma đồng thời ICP-sim (sim simulteneous).
- Thiết bị được đầu tư năm 2000 IRIS INTREPIT của Mỹ đã xây dựng
được quy trình xác định 36 nguyên tố trong mẫu địa hoá. Đối với các 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 này người ta cho mẫu chịu tác
dụng của chùm tia phát ra từ một ống phát tia rơghen. Do tác dụng của sự chiếu
xạ, từ mẫu sẽ phát ra các tia rơghen thứ cấp, đặc trưng của tia này phụ thuộc
vào thành phần định tính và định lượng của mẫu. Đối với phương pháp XRF, sẽ
thu được phổ huỳnh quang rơnghen, so sánh với mẫu chuẩn để tính toán hàm
lượng có trong mẫu.
Ứng dụng: Các phương pháp phân tích phổ rơnghen có phạm vi ứng
dụng rộng rãi trong nhiều ngành khoa học, kỹ thuật. Phương pháp này có thể áp
dụng để phân tích thành phần nguyên tố có nồng độ lớn (hàng chục phần trăm)
và các tạp chất có hàm lượng nhỏ (0.01 đến 0.001%). Phương pháp này có độ
nhậy không cao. Tuy nhiên, kết hợp huỳnh quang - rơnghen độ nhậy của
phương pháp tăng lên nhiều, đạt 10-5 đến 10-6%
Hiện nay, Trung tâm PTTN Địa chất đã được đầu tư thiết bị XRF đang
chuẩn bị đưa vào sử dụng.
2.9. Phương pháp ICP-MS (khối phổ) Inductively Couple Plasma Mass
Spectrometer.
Nguyên tắc chung:Phương pháp này dựa vào phổ khối lượng của mẫu tỉ
lệ với hàm lượng nguyên tố có trong mẫu.

7


Ứng dụng:

- Phân tích đồng vị:
- Phân tích cấu trúc:
- Phân tích định lượng:
Đối với các hợp chất vô cơ, phương pháp này thường được dùng để
nghiên cứu thành phần đồng vị hoặc để xác định hàm lượng vết của tất cả các
nguyên tố có trong bảng Hệ thống tuần hoàn. Đối với các hợp chất hữu cơ (như
trong sinh học, dược học...) phương pháp này thường dùng để phân tích cấu
trúc. Phương pháp có độ nhạy tương đối đạt đến 10 -7%. Kết quả phân tích ít phụ
thuộc vào chất nền, lượng mẫu dùng để phân tích nhỏ. Tuy nhiên, thiết bị để
phân tích bằng phương pháp này đắt tiền, tiêu hao vật tư hoá chất đắt tiền, điều
kiện PTN, dụng cụ sử dụng siêu sạch. Vì vậy, giá thành của mẫu phân tích khá
cao, đặc biệt là phân tích đồng vị.
Hiện nay có một số đơn vị có máy ICP-MS như Viện Địa chất - Viện
Khoa học và Công nghệ Việt Nam, Viện nghiên cứu Địa chất và Khoáng sản.
2.10. Kích hoạt nơtron. Hiện có tại Viện hạt nhân Đà Lạt.
Các quy trình phân tích hiện đại có quy trình phân tích nhanh, độ
nhậy và độ chính xác cao (cho phép xác định ở cấp hàm lượng ppm, ppb,
ppt), đặc biệt thuận lợi cho xác định các tạp chất trong hợp kim. Tuy nhiên,
hiện nay các PTN trong nước việc phân tích các nguyên tố có hàm lượng
cao (vài chục %) của các loại quặng kim loại và không kim loại vẫn sử dụng
các phương pháp phân tích cổ điển.
Phần 3. Hệ thống quản lý chất lượng của phòng thí nghiệm

8


Bài 2. Các quy định, phương pháp kiểm tra địa chất, các thông tin yêu cầu
gửi mẫu địa chất
I: Quy định, phương pháp kiểm tra địa chất
1. Một số vấn đề cần trao đổi trong nội dung quy định

Hiện nay, công tác kiểm tra chất lượng phân tích của các đề án địa chất đang
được thực hiện theo Quy định ban hành kèm theo Quyết định số 69QĐ-ĐC/KT,
ngày 29 tháng 5 năm 1996. Trong quy định này có hai hình thức kiểm tra:
Kiểm tra nội địa chất và kiểm tra ngoại địa chất. Việc thực hiện các quy định
trên đây nhằm đảm bảo độ tin cậy của kết quả 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 trong nội dung của quy định.
- Cách lấy mẫu kiểm tra
- Số lượng mẫu ở mỗi cấp hàm lượng phải cần lựa chọn
- Lựa chọn PTN kiểm tra ngoại.
- Đánh giá và xử lý các kết quả mắc sai số vượt quá giới hạn cho phép.
2. Một số lưu ý khi tiến hành kiểm tra địa chất
- Xác định độ lặp lại: Gửi mẫu lặp. Đánh giá sai số ngẫu nhiên. Ngoài những
mẫu cơ bản của chính báo cáo đang thực hiện có thể gửi kèm bằng 1 hoặc hai
mẫu lưu của đề án khác đã có kết quả.
- Xác định độ đúng: Gửi mẫu chuẩn kèm theo loạt mẫu cơ bản để phát hiện sai
số hệ thống.
- Có thể tiến hành kiểm tra ngoại mẫu cơ bản bằng phương pháp có độ nhậy và
độ chính xác cao hơn (Điều 29, Quy định ban hành kèm theo Quyết định số
69QĐ-ĐC/KT) hoặc có thể thử nghiệm ngược lại nếu thấy kết quả nghi ngờ.
II. Các thông tin yêu cầu khi gửi mẫu phân tích
Sơ đồ tổng quát một quy trình phân tích mẫu:
Mẫu

Gia công mẫu

gói, mã hoá mẫu

Đưa đến PTN

(Có kiểm tra nội PTN)
Đem xác định bằng các phương pháp

Phân huỷ mẫu

Một số lưu ý khi lựa chọn phương pháp phân tích.
- Mỗi một loại quặng có cách xử lý khác nhau để phân tích vì vậy thông
tin về đối tượng phân tích là cần thiết. Khi không rõ đối tượng phân tích cần
phải xác định đối tượng phân tích trước khi tiến hành phân tích định lượng.

9


- Theo sơ đồ một quy trình phân tích như trên, kết quả cuối cùng là kết
quả xác định hàm lượng tổng của nguyên tố đó có trong mẫu (một vài trường
hợp có phương pháp phân huỷ mẫu riêng thì phép xác định cho dạng chỉ tiêu
như: Fe2+, Fe3+, Mn2+, Mn4+, Cr3+, Cr6+…). Vì vậy, khi nhận kết quả không có
ghi chú riêng thì hiểu là hàm lượng tổng của nguyên tố đó có trong mẫu được
quy đổi ra dưới dạng oxit hay muối (có bảng tính một số hệ số chuyển đổi trong
phụ lục kèm theo)
Như vậy, khi tiến hành gửi mẫu phân tích cần tuân thủ đúng theo biểu
mẫu về phiếu gửi mẫu phân tích trong quy định về tài liệu nguyên thuỷ quyết
định số 70 QĐ-ĐC/KT ngày 29/5/1996 của Cục trưởng Cục Địa chất Việt Nam .
Một số thông tin, yêu cầu lưu ý để lựa chọn phương pháp phân tích.
1. Yêu cầu thông tin về đối tượng mẫu phân tích: thành phần khoáng vật, khối
lượng mẫu đem phân tích, kích thước hạt.
2. Yêu cầu về các chỉ tiêu phân tích, độ nhậy, giới hạn phát hiện.

10