野外快速检测钾元素的技术现状与进展
（1 中国地质科学院矿产资源研究所， 北京100037； 2 中国地质科学院国家地质实验测 试中心， 北京100037）
在钾盐找矿勘查过程中，野外实时快速检测样品钾离子含量的方法非常重要，因为中国的钾 盐矿床大部分分布在西部偏远地区，科研条件差，分析技术落后，尤其是青藏高原地区的野 外工作周期非常短，从样品采集到得到分析数据需要将样品运至城市实验室，其中的运输、 中转、等待实验室分析结果的过程需要耗费大量的时间，而且也需要人力、物力、财力的协 助。这就会导致钻探现场不能及时得到分析数据，从而耽误野外调查与钻井进程中的重要决 策时机；而实验室样品来源也存在显著的季节性差异，无法满足野外工作人员年终总结所需 的数据。
由于传统化学分析方法检测周期长，操作繁琐，而大部分现代仪器分析法需要苛刻的运行环 境、能耗高，均不能实现野外现场快速分析。作者针对湖北江陵凹陷钾盐科探井随钻泥浆样 品，开发了采用车载能量色散X荧光光谱技术进行现场快速分析泥浆中K+含量的方法及应 用便携式Li-K分析仪检测锂辉石中K+含量的方法，两个方法所得到的分析结果均与实验 室分析结果一致，均能较好地应用于野外快速检测K+含量。
上述方法虽然都具有优良的检出限或精密度等指标，但是传统的化学分析方法检测周期 长，并且操作繁琐，难以实现快速获得分析数据的目的，而原子发射光谱法、原子吸收光谱 法、火焰光度计法、离子色谱法等需要优质、稳定的运行环境，需要载气、燃气等辅助气体 或载液的支持，并且能耗高，均达不到 野外现场快速分析的要求。因此，为了满足现代钾盐勘探工作中的需要，研发野外快速检测样品中钾元素的分析技术成为一项紧迫的任务。
XRF是初级X射线照射到样品后，激发样品中待测元素的原子，从而产生特征X荧光，再分析 产生的X射线荧光的强度，从而对样品中的成分进行分析工作。采用车载能量色散X荧光光谱 技术，可以进行现场快速分析泥浆中K+含量，因此叫车载EDXRF技术。
便携式Li-K分析仪是运用大气压辉光放电技术分析溶液样品中的钾、钠等元素的含量，其 原 理是：在大气压下，以溶液样品为阴极，金属为阳极，向两极间施加高压，导致电极间的气 体发生放电所，产生等离子体。放电过程中，液体电极中的溶液不断被气化，使得溶解在溶 液中的金属离子也进入到等离子体中并被激发，产生发射光谱，通过对钾元素特征发射光谱 的检测实现溶液中钾元素的检测。
采用EDXRF快速分析方法对钾盐钻井泥浆清液中K元素进行了检测，方法的相对标准偏差（ n= 10）小于1.28%，加标回收率在95.5%～99.0%。以车载实验室方式，将所建立的分析方法 实际 应用于湖北江陵凹陷钾盐科探井随钻泥浆的现场分析中，采集泥浆样品66件，岩屑样品133 件。对深度200～800 m的泥浆按设定的深度间隔采集样品，现场EDXRF分析K元素的数据与实 验室 ICP_OES分析数据基本吻合，说明现场数据比较可靠、有效。在340～440 m深度区间，对泥 浆 样品与对应深度的岩屑样品的分析数据经归一化后进行了比较，显示2种样品中K元素含量的 变化趋 势具有明显的相关性，说明泥浆测试结果能够反映地下岩层成分的变化，现场数据对钻井过 程具有明确的指导意义。
应用便携式Li_K分析仪建立了K的标准曲线， K元素的方法检出限均为0.03 μg/mL，相对 标 准偏差（n=12）为1.35%。在选定的便携式Li_K分析仪工作条件下，对来自甲基卡的 锂辉石 样品，以氟化氢铵溶矿方法将其处理成溶液，对其中的K元素进行了分析测定，分析结果与I CP_OES分析数据的一致性较好。本方法所使用的仪器整体体积小，简易便携，适应性广，是 一种高效的野外现场测试的方法。根据仪器调试与分析锂辉石溶液样品的工作经验和检测结 果，该仪器适用于卤水样品中K的野外现场分析。
实践证明，车载EDXRF分析技术与便携式Li_K分析仪具有能耗低、制样简单、分析速度快、 精密度高、制样设备与检测设备的便携性等特点，可以满足野外快速检测钾盐样品中钾元素 的技术要求。应用车载EDXRF分析技术建立钾盐科探井随钻泥浆的分析方法，以及应用便携 式Li_K分析仪检测锂辉石溶液中的钾元素，两个方法的相对标准偏差均小于1.35%，检测实 际样品的分析结果与实验室ICP_OES的分析结果具有较好的一致性，因此，2个快速分析技术 所测得的数据是可靠而有效的。
由于传统化学分析方法检测周期长，操作繁琐，而大部分现代仪器分析法需要苛刻的运行环 境、能耗高，均不能实现野外现场快速分析。作者针对湖北江陵凹陷钾盐科探井随钻泥浆样 品，开发了采用车载能量色散X荧光光谱技术进行现场快速分析泥浆中K+含量的方法及应 用便携式Li-K分析仪检测锂辉石中K+含量的方法，两个方法所得到的分析结果均与实验 室分析结果一致，均能较好地应用于野外快速检测K+含量。
1钾元素分析技术概况
随着科学的进步，元素的定性与定量分析技术方法越来越多，检测技术水平不断提高，支撑 钾盐资源的勘查与研究能力越来越强。目前，钾元素的主要分析技术包括重量法、容量滴定 法等传统化学方法，以及X射线荧光光谱法（XRF）、原子吸收光谱法（AAS）、原子发射光 谱法（AES）等现代仪器分析法（表1）。上述方法虽然都具有优良的检出限或精密度等指标，但是传统的化学分析方法检测周期 长，并且操作繁琐，难以实现快速获得分析数据的目的，而原子发射光谱法、原子吸收光谱 法、火焰光度计法、离子色谱法等需要优质、稳定的运行环境，需要载气、燃气等辅助气体 或载液的支持，并且能耗高，均达不到 野外现场快速分析的要求。因此，为了满足现代钾盐勘探工作中的需要，研发野外快速检测样品中钾元素的分析技术成为一项紧迫的任务。
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表 1钾元素的主要分析技术 |
2车载EDXRF分析技术与便携式Li-K分析仪
近年，中国地质科学院国家地质实验测试中心为了满足野外快速检测钾盐样品中钾元素的技 术要求，研发了车载EDXRF技术与便携式Li-K分析仪，实现了野外快速分析钾盐样品中钾元 素的目标。XRF是初级X射线照射到样品后，激发样品中待测元素的原子，从而产生特征X荧光，再分析 产生的X射线荧光的强度，从而对样品中的成分进行分析工作。采用车载能量色散X荧光光谱 技术，可以进行现场快速分析泥浆中K+含量，因此叫车载EDXRF技术。
便携式Li-K分析仪是运用大气压辉光放电技术分析溶液样品中的钾、钠等元素的含量，其 原 理是：在大气压下，以溶液样品为阴极，金属为阳极，向两极间施加高压，导致电极间的气 体发生放电所，产生等离子体。放电过程中，液体电极中的溶液不断被气化，使得溶解在溶 液中的金属离子也进入到等离子体中并被激发，产生发射光谱，通过对钾元素特征发射光谱 的检测实现溶液中钾元素的检测。
3实际应用效果
笔者将车载EDXRF技术与便携式Li_K分析仪应用于实际，取得了较好的结果。采用EDXRF快速分析方法对钾盐钻井泥浆清液中K元素进行了检测，方法的相对标准偏差（ n= 10）小于1.28%，加标回收率在95.5%～99.0%。以车载实验室方式，将所建立的分析方法 实际 应用于湖北江陵凹陷钾盐科探井随钻泥浆的现场分析中，采集泥浆样品66件，岩屑样品133 件。对深度200～800 m的泥浆按设定的深度间隔采集样品，现场EDXRF分析K元素的数据与实 验室 ICP_OES分析数据基本吻合，说明现场数据比较可靠、有效。在340～440 m深度区间，对泥 浆 样品与对应深度的岩屑样品的分析数据经归一化后进行了比较，显示2种样品中K元素含量的 变化趋 势具有明显的相关性，说明泥浆测试结果能够反映地下岩层成分的变化，现场数据对钻井过 程具有明确的指导意义。
应用便携式Li_K分析仪建立了K的标准曲线， K元素的方法检出限均为0.03 μg/mL，相对 标 准偏差（n=12）为1.35%。在选定的便携式Li_K分析仪工作条件下，对来自甲基卡的 锂辉石 样品，以氟化氢铵溶矿方法将其处理成溶液，对其中的K元素进行了分析测定，分析结果与I CP_OES分析数据的一致性较好。本方法所使用的仪器整体体积小，简易便携，适应性广，是 一种高效的野外现场测试的方法。根据仪器调试与分析锂辉石溶液样品的工作经验和检测结 果，该仪器适用于卤水样品中K的野外现场分析。
实践证明，车载EDXRF分析技术与便携式Li_K分析仪具有能耗低、制样简单、分析速度快、 精密度高、制样设备与检测设备的便携性等特点，可以满足野外快速检测钾盐样品中钾元素 的技术要求。应用车载EDXRF分析技术建立钾盐科探井随钻泥浆的分析方法，以及应用便携 式Li_K分析仪检测锂辉石溶液中的钾元素，两个方法的相对标准偏差均小于1.35%，检测实 际样品的分析结果与实验室ICP_OES的分析结果具有较好的一致性，因此，2个快速分析技术 所测得的数据是可靠而有效的。