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涨知识!竟然可以利用光学方法探测金矿

  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。

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