圖1. 《Journal of Analytical Atomic Spectrometry》封面文章

導(dǎo)讀

卡林型金礦（Carlin-type gold deposit)，于20世紀(jì)60年代初期在美國(guó)西部?jī)?nèi)華達(dá)州的卡林鎮(zhèn)被發(fā)現(xiàn)，從而得名，其顯著特征是金在載金礦物（主要為含砷黃鐵礦）中常以晶格金（Au+）和納米級(jí)包體金（Au0）的形式賦存，因金無(wú)法直接通過(guò)光學(xué)顯微鏡觀察而被稱(chēng)為“不可見(jiàn)金”。“不可見(jiàn)金”賦存狀態(tài)的研究對(duì)卡林型金礦的選冶及其微觀成因機(jī)制有重要的指示意義，然而“不可見(jiàn)金”的定量表征仍然存在較大難點(diǎn)。中國(guó)科學(xué)院地球化學(xué)研究所萬(wàn)泉研究員及其團(tuán)隊(duì)采用逐級(jí)酸蝕與XPS分析相結(jié)合的手段建立了卡林型金礦中金賦存狀態(tài)的定量表征方法，首次通過(guò)XPS分析成功獲得了“不可見(jiàn)金”的量化分布規(guī)律，相關(guān)研究成果以封面文章形式發(fā)表于《Journal of Analytical Atomic Spectrometry》期刊。

圖2. 期刊首頁(yè)截圖及摘要譯文

分析利器

圖3. 島津AXIS Supra+ X射線(xiàn)光電子能譜儀及其五大核心技術(shù)

-   研究成果概覽   -

黃鐵礦表面通常覆有厚達(dá)幾百納米的貧金層（該層主要為FeS2），通過(guò)EPMA（電子探針）測(cè)試可得到S、As、Au元素分布，如圖4，可見(jiàn)Au含量較低且主要存在于黃鐵礦中貧金層下的富As區(qū)域。

圖4. 黃鐵礦中微量Au的確認(rèn)及其在富As環(huán)帶中的分布

地質(zhì)礦產(chǎn)領(lǐng)域中，黃鐵礦中Au化學(xué)狀態(tài)的研究對(duì)卡林型金礦的選冶及其微觀成因機(jī)制有重要的指示意義。一般情況下，表面貧金層厚度遠(yuǎn)大于XPS的檢測(cè)深度（~10 nm），且其中金含量遠(yuǎn)低于XPS的元素檢出限（~0.1 at%），因此直接測(cè)試幾乎得不到有效的Au信號(hào)，無(wú)法進(jìn)行價(jià)態(tài)分析。中科院地化所礦床室萬(wàn)泉研究員及其團(tuán)隊(duì)以貴州貞豐水銀洞金礦樣品為例，采用非氧化性酸簡(jiǎn)單有效地去除了屏蔽XPS金信號(hào)的貧金層（位于含砷黃鐵礦最外層）以及干擾XPS金信號(hào)的含鎂礦物（如白云石），首次采用XPS獲得了“不可見(jiàn)金”的一系列重要定量數(shù)據(jù)。

圖5.酸蝕前樣品Py0 (a)和酸蝕后樣品Py1 (b)上三個(gè)不同位置獲得的Au 4f XPS譜圖

圖5(a)中未經(jīng)酸蝕處理的黃鐵礦的Au 4f譜圖中存在顯著的Mg 2s信號(hào)干擾且Au信號(hào)極弱，導(dǎo)致Au 4f信號(hào)幾乎被Mg 2s掩蓋。酸蝕后樣品中絕大多數(shù)含Mg礦物被去除，Au 4f譜峰表現(xiàn)出良好的信噪比（圖5(b)）。根據(jù)Au0 4f7/2的結(jié)合能位置可推測(cè)出本樣品中納米金顆粒的粒徑絕大多數(shù)小于6 nm，最小可達(dá)到1-2 nm。根據(jù)Au 4f譜圖分峰擬合的結(jié)果可估算出Au0和Au+在樣品中的百分占比（圖6），其中Au0的百分比變化范圍可從31.2%至59.8%，Au的物種和含量在同一樣品的不同深度之間有輕微的分布不均。

圖6. 利用 Py1-Py4的Au 4f XPS光譜分峰擬合估算的Au+和Au0的百分占比

該工作獲得了卡林型金礦中“不可見(jiàn)金”具有合理統(tǒng)計(jì)意義的化學(xué)狀態(tài)，有助于卡林型金礦成礦作用的研究，并且該工作建立的分析方法有望應(yīng)用于分析低品位金礦石以及其他地質(zhì)樣品。

中國(guó)科學(xué)院地球化學(xué)研究所萬(wàn)泉研究員表示：由于樣品中金含量低、分布不均且譜峰間存在互相干擾，因此利用XPS表面敏感的特征結(jié)合合理的樣品表面前處理方法才能得到較好的測(cè)試結(jié)果，借助島津XPS儀器高功率的特性，改進(jìn)測(cè)試條件得到了信噪比較好的譜峰數(shù)據(jù)，成功實(shí)現(xiàn)了金價(jià)態(tài)的定量分析，使得卡林型金礦的研究領(lǐng)域取得了突破性進(jìn)展，期待今后能與島津共同開(kāi)發(fā)其他地質(zhì)相關(guān)樣品的表征研究。

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撰稿人：崔園園