涨知识！竟然可以利用光学方法探测金矿

2016-03-16 00:44

　　金（gold）是一种软的，金黄色的，抗腐蚀的贵金属。从传统的珠宝配饰、储备和投资的流通货币，到电子通讯设备、传感器，再到体内药物传输、外太空探测等科技前沿，金的应用可谓包罗万象。据统计，仅2013年，金的全球需求总量已超过400吨。

　　大自然中，大量的金以离子形式进入溶液，被植物根茎或是地下微生物吸附，发生还原反应，转化为低浓度的纳米金溶胶。金溶胶是金盐被还原成金单质后形成的稳定、均匀、呈单一分散状态悬浮在液体中的金颗粒悬浮液。而这些金纳米颗粒往往构成探测信号，预示着该处地下沉积着更多金元素。因此，探测到这些金纳米颗粒信号尤为重要。一般而言，金的地壳丰度约为1.3ppb。只要能探测到浓度为8ppm的金元素，则有可能发现金矿。

　　人们早已开始使用X射线荧光光谱法（XRF）来探测ppm（毫克/升）量级的金元素，该方法简便快捷。相比之下，采用电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）和电感耦合等离子体原子发射光谱（ICP-AES）来探测ppb（微克/升）量级的金元素就不这么容易了。通常，研究人员需要从现场采集矿石样品，转移至实验室进行处理和分析。这将消耗时间和人力成本，增加金矿开采的工作量。

　　纳米金溶胶是一种以稳定形式存在的溶液中的金颗粒，为多相不均匀体系，根据颗粒直径不同，其颜色呈橘红色到紫红色。

　　最近，澳大利亚阿德莱德大学的研究人员发现，金具有独特的光学性质：局域表面等离子体共振（SPR）和对荧光团的催化效应。该性质将有利于金的传感和探测。据此发现，研究人员正在采用光吸收法和荧光法探测钻井工地中的金纳米颗粒。这种方法不需要额外采集和制备矿石样品。

　　为了找出探测ppb量级的金纳米颗粒的最佳方法，研究人员以不同浓度的金溶胶试样（溶质颗粒直径为5nm、20nm和50nm）为对象，分别使用光谱仪、手持式和便携式光谱仪进行检测，并研究在以上三种情况下SPR法和荧光法的检出限。

　　研究人员分别分析了吸收池和SC光纤（SCF）中的纳米金溶胶，该光纤呈三个气孔包裹中央实芯结构。使用SC光纤作为分析场所的好处是：取样量小，分析环境不受限制，如井底。

　　研究人员发现，就光吸收法而言，实验室光谱仪的测定下限比便携式光谱仪低七倍（取决于纳米颗粒尺寸）。就荧光法而言，两种光谱的测定下限相同。对比吸收池和SC光纤，SC光纤中50nm颗粒的测定下限约为吸收池中的一半，但对于5nm和20nm颗粒的测定下限相同。

　　“我们已经确定了光吸收法和荧光法的测定下限。这两种光学方法简便快捷、可操作性强、应用广泛，可以用于生物样品中金的探测。”阿德莱德大学的Agnieszka Zuber 解释道，“除了检出限低，两种方法的最大优势在于其便携性。这将省去制备矿石样品的繁琐工序，分析时间将从原来的几天减少到几个小时。”

　　研究人员还表示，该研究已获得阿德莱德深层勘探技术合作研究中心的支持。