稀土元素地球化学

一、实习目的由于稀土元素的原子结构、原子半径、离子半径及化合价的相似性，导致它们在自然界中常常紧密共生在一起。

因镧系收缩的缘故，使得稀土元素的离子半径从La→Lu逐渐减小，于是在岩浆过程中，这些元素在固相和液相间的分配呈现出明显的规律性变化。

Ce和Eu在自然界具有变价（Ce4+、Eu2+）的特征，Ce 和Eu的相对富集与亏损程度往往反映了特殊的地质背景。

本次实习要求掌握稀土元素的计算和作图方法，理解稀土元素的富集程度、分馏程度的地质意义，掌握Eu的亏损与富集的地质背景。

二、实习内容某地区的岩浆岩种类极为发育（表1—１和表1—２），请画出各岩类的稀土配分曲线图、结合稀土元素参数进行地质过程分析。

两种方法所得到的稀土元素参数表1—1 岩浆岩稀土元素成分表（×10-6）注：１－橄榄苏长岩，２－钾长花岗岩，３－H型花岗岩，４－A型花岗岩，５－石英闪长岩(M型花岗岩)。

稀土元素由某单位等离子光谱方法分析。

表1—2 岩浆岩稀土元素成分表（×10-6）注：表中数据由中子活化方法分析一、基本原理稀土元素通常指的是镧系元素的(La 、Ce 、Pr 、Nd 、Pm 、Sm 、Eu 、Gd 、Tb 、Dy 、Ho 、Er 、Tm 、Yb 、Lu ，其中Pm 在自然界无天然同位素)，由于稀土元素的原子结构、原子半径、离子半径（RE 3+变化于0.86Å—1.14Å）及化合价的相似性使得它们在自然界往往紧密共生。

因镧系收缩造成稀土元素的离子半径从La →Lu 逐渐减小，Ce 和Eu 在自然界具有变价（Ce 4+、Eu 2+）的特征，以及介质（岩石、土壤、矿物等）的不同而引起稀土元素在自然界的分离。

为便于研究稀土元素在某介质中的分配型式，必须排除“偶数规则”的影响，最常用的方法是利用球粒陨石丰度值对稀土元素进行标准化。

这里向大家推荐W.V .Boynton(1984)提出的球粒陨石丰度值（×10-6）：La 0.31；Ce 0.808；Pr 0.122；Nd 0.6；Sm 0.195；Eu 0.0735；Gd 0.259；Tb 0.047；Dy 0.322；Ho 0.0718；Er 0.21；Tm 0.0324；Yb 0.209；Lu 0.0322。

地球化学稀土元素配分分析地球化学是研究地球内部和大气层、水圈、地外空间的化学成分、构造、变化及其规律的一门学科。

稀土元素是指化学元素周期表中的镧（La）到镥（Lu）共17个元素，它们在地球化学中起着重要的角色。

稀土元素在地球化学中的配分分析是研究稀土元素在地球体系中分布、迁移和富集的过程与机制，具有重要的价值和意义。

稀土元素在地球化学中具有以下特点：1.发生较强络合和配位作用，容易在地球体系中形成稳定的络合物；2.稀土元素在地球体系中往往以沉积物和矿物形式富集，对地质过程具有敏感响应，是一种重要的地球化学示踪元素；3.稀土元素在地球化学中的分布格局复杂多样，受多种因素控制，包括岩浆作用、岩浆岩浆交互作用、流体交换作用、沉积过程和生物富集等；4.稀土元素具有分馏效应，可以提供信息，了解地质过程和地球演化的历史。

稀土元素配分分析可以通过对地球体系中岩石、矿物、沉积物和水体等不同相的稀土元素含量进行测定和研究来实现。

稀土元素的分析方法主要包括原子吸收光谱、光电子能谱、同位素示踪、质谱和分光光度法等。

这些方法可以准确测定不同相中稀土元素的含量，进而推导稀土元素的地球化学分布特征。

稀土元素的配分分析还可以揭示自然界中稀土元素的生物地球化学过程。

例如，稀土元素在生物领域中具有重要的生理和生化功能，对植物和微生物的生长和代谢有一定的影响。

通过稀土元素的配分分析，可以了解稀土元素在生物体内的分布规律，从而进一步研究生物地球化学循环过程和生态系统的功能。

总之，地球化学稀土元素配分分析是研究稀土元素在地球体系中分布、迁移和富集的一种重要方法。

通过稀土元素的配分分析，可以揭示地球体系中各个部分的物质交换和能量转化过程，并进一步了解地球演化的历史和生物地球化学过程。

稀土元素配分分析研究的进展和成果将为地球化学和地球科学的发展提供重要的理论基础和实践指导。

186管理及其他M anagement and other稀土元素在地球化学样品中的含量分析彭 萌（四川省地质矿产勘查开发局成都综合岩矿测试中心，四川 成都 610081）摘 要：稀土元素存在于在地球化学样品中，且具有非常相似的物理化学特性，因此常作为研究地球化学的示踪剂。

本文主要对地球化学样品中稀土元素的分析方法进行介绍与研究，稀土分析主要应用现代仪器进行分析，现代仪器分析手段繁多，不同的实验分析所用到的化学仪器也不一样，本文从地球化学样品的特点入手，简单介绍现代仪器在地球化学样品分析中的技术应用，并着重介绍电感耦合等离子体质谱分析技术（ICP-MS）分析地球化学样品中稀土元素含量的方法。

关键词：稀土元素；地球化学样品；含量；特征 中图分类号：X53 文献标识码：A 文章编号：11-5004（2020）17-0186-2收稿日期：2020-09作者简介：彭萌，男，生于1983年，汉族，四川成都人，大学本科，工程师，研究方向：岩矿分析。

地球化学样品组分复杂，不同元素在不同的样品中含量相差较大，实验分析的物质种类繁多，问题也多种多样。

在使用现代仪器分析实验的过程中，要对实验数据和仪器操作慎之又慎。

由于地球化学样品分析的物质品类广，影响分析结果的因素也比较多，这就造成了无机化学的分析难度大，所以如何合理应用现代仪器分析地球化学样品，得出准确的实验数据和结论，体现出现代仪器分析的实际价值。

稀土元素主要指的是镧系元素以及和镧系元素密切相关的钪（Sc）、钇（Y），共17种元素总称为稀土元素（RE）。

La （镧），Ce （铈），Pr （镨），Nd （钕），Pm （钷），Sm （钐），Eu （铕）称为铈组稀土（轻稀土）；Gd （钆），Tb （铽），Dy （镝），Ho （钬），Er （铒），Tm （铥），Yb （镱），Lu （镥），Sc，Y 称为钇组稀土（中重稀土）。

稀土元素含量分析是地质科学研究最常用的方式之一。

稀土元素的生物地球化学循环稀土元素是指在自然界中分布较为稀少的元素，存在于哑铃状元素周期表的第三个周期中，包括锕系和镧系元素。

稀土元素具有一系列特殊的物理和化学性质，例如良好的磁性、较高的硬度、较高的熔点、较强的稳定性和良好的电学和光学性能，因此在工业、电子、农业和医学等领域具有广泛的应用前景。

稀土元素的生物地球化学循环对环境和生态系统具有重要的影响，因此深入了解稀土元素的生物地球化学循环机制和影响因素具有重要的研究价值和应用前景。

稀土元素的循环路径稀土元素在自然界中存在于岩矿、土壤、水体和生物体中。

岩矿是稀土元素的主要存储和释放方式，其中以花岗岩、玄武岩、火山岩等构成的深层岩石是稀土元素的主要富集体。

稀土元素在地质过程中的富集主要是由于石榴石、长石、角闪石等矿物对稀土元素的亲和性差异所导致，同时还与流体热液和液态石墨中稀土元素的溶解度有关。

岩矿中的稀土元素在地球化学循环中会随着地质作用的变化而释放，形成稀土元素的物质循环的一个重要环节。

稀土元素在水体中主要以溶液的形式存在，同时也可以附着在悬浮颗粒和底泥中。

水体中稀土元素的浓度受到季节变化和地理位置等因素的影响。

稀土元素也可以被生物体吸收和富集，例如在水生生物体中，稀土元素可以被藻类吸收并进一步富集在微小浮游动物中，形成陆海转换流和沉积作用的一个重要环节。

稀土元素在环境中的循环和生物作用过程是稀土元素生物地球化学循环的重要环节。

显微藻、硅藻、蓝藻和绿藻等水生植物对稀土元素的富集作用已被广泛研究。

例如，国内外研究表明，稀土元素在水生植物中的分布模式受到生物-环境因素的共同影响。

与其他营养元素相比，稀土元素在生物有机体中的含量较低，但仍然起到了重要的生物作用和环境影响作用。

稀土元素的生物作用和环境影响主要包括以下几个方面。

首先，稀土元素在光合作用、呼吸作用、有机物合成和能量转化等方面具有生物催化作用，对生物体代谢活动的调节具有重要作用。

其次，稀土元素的不同含量对水生生物的生长、繁殖和寿命等具有影响。

稀土元素在地球化学样品中的含量分析摘要：地球化学样品中的稀土元素，具有相似的物化特性，常用来作为地球化学研究的示踪剂。

本文研究了地球化学样品中稀土元素含量的分析方法，稀土元素分析采用现代仪器设备进行，手段丰富多样。

从地球化学样品中稀土元素含量分析的特点与方法入手，介绍仪器分析的技术应用，以期为地球化学研究提供参考。

关键词：稀土元素；地球化学样品；含量分析地球化学样品的成分较为复杂，不同元素在不同样品中呈现的物化性质及含量都有所差别。

通过实验来分析地球化学样品中的物质种类，遇到的问题比较复杂。

当前地球化学样品分析大量引入了现代仪器，对仪器的操作和实验数据的分析应仔细谨慎。

地球化学样品分析的物质品类非常广泛，影响分析准确性的因素较多，提高了分析难度，应合理利用现代仪器展开分析，得出准确数据，推导正确的结论，体现现代仪器分析和分析技术的价值。

稀土元素含量测定分析可辅助地球化学样品研究。

稀土元素指的是镧系元素以及与之密切相关的两种元素，共17种元素。

一、稀土元素含量分析在地球化学样品研究中的意义当今稀土元素在战略矿藏储备上的重要意义已经越来越为人们所重视。

我国作为稀土资源大国，近年来在稀土资源的勘探、开采、生产、贸易领域深入耕耘，取得了较大成就，受到多方瞩目。

稀土元素被誉为“工业维生素”，在工业生产领域得到广泛应用。

而稀土在地球化学分析中也占据重要的地位，可以作为示踪剂，对于地球化学研究、地质理论研究、矿产勘探研究等有着极强的推动作用。

稀土元素和地球的地质发展过程联系紧密，参与了地球地质各个阶段的变化，通过测算和分析稀土元素的含量可以了解地球地质变化过程，为地质研究提供参考。

当前测算稀土元素含量采用的电感耦合等离子体质谱分析技术有以下作用：首先，稀土元素在地球化学样品中的含量分析可以通过仪器精确定量。

稀土元素分析的定量化能够解释地球的地质环境和条件，判断其中是否存在矿藏，有助于矿产资源的勘探开发。

根据不同的分析目的，采用不同的分析手段，对不同元素展开同位素分析，通过合理运用分析技术和分析手段来实现分析目的。

稀土元素地球化学
稀土元素地球化学的一个研究领域。

通过研究地质体中稀土元素的组成特点，来探讨岩石、矿床形成条件以及地球、月球、陨石等的形成和演化过程。

稀土元素(REE或TR)是指元素周期表中57号到71号的镧系元素和39号元素钇。

从镧到铕为铈组（轻稀土），从钆到镥及钇为钇组（重稀土）。

地壳中稀土元素的丰度为0.34～31ppm,总量为112ppm。

稀土元素在陨石、月球、地球各种岩石中的分布有如下规律。

①在岩浆岩中,从超基性岩→基性岩→中性岩→酸性岩→碱性岩,稀土元素总含量增加。

基性、超基性岩相对富含重稀土，酸性岩，尤其是碱性岩富含轻稀土。

②在沉积岩中，以泥质岩石（如页岩）稀土含量最高，碳酸盐类（如石灰岩）稀土含量最低。

③稀土元素在地壳中的分布不均匀。

太古宙地壳稀土组成相当于英云闪长岩，太古宙后地壳相当于花岗闪长岩。

大陆地壳稀土元素总量高，相对富轻稀土;大洋地壳稀土元素含量较低,相对富重稀土。

上地壳稀土元素含量高，相对富含轻稀土；下地壳稀土含量低，相对富含重稀土。

④地球的稀土元素丰度与球粒陨石相似，原始地幔的稀土元素含量约为普通球粒陨石的1.9～2.6倍。

⑤稀土元素在月表各种岩石中的含量相当于地球的3～10倍。

克里普岩（一种富钾、稀土和磷的岩石）稀土总含量达500ppm以上。

⑥球粒陨石稀土元素总含量为数个ppm,铁陨石。

稀土元素含量最低。

⑦河水、海水中稀土元素含量很低，总量低于1ppm，重稀土含量高于轻稀土。

稀土元素的地球化学循环和应用地球化学循环是指地球物质在自然界中的不同环境下通过物理、化学作用发生转化和重新分配的过程，是地球物质演化史的基础。

稀土元素是指元素周期表中21号元素镧到71号元素镥之间的元素，共17种，它们在地球化学循环中扮演着重要的角色。

本篇文章将分别从稀土元素的地球化学循环和应用两个方面进行探讨。

稀土元素的地球化学循环稀土元素是构成地壳建盏的重要元素之一，同时也广泛分布于大气、水体和生物体内。

它们与地球化学循环的关联主要表现在以下三个方面。

1. 稀土元素的地球化学循环与地壳物质的形成有关。

地球形成过程中，由于密度差异，大量铁、镍、铂等金属向地心集中，然而稀土元素相对轻薄，散布于上地壳和地幔的表层部分，因此稀土元素含量比地球内部普通介质要高。

此外，火山作用、岩石侵入作用等也是地壳稀土元素的重要来源。

2. 稀土元素参与了海水与陆地之间的质量交换。

海水和大气中均含有稀土元素，其中海洋中稀土元素含量虽不高却非常均衡，这是海洋环境化学研究中稀土元素特殊研究的原因之一。

当陆地上的水体通过风化和流水作用进入海洋中，其中的稀土元素就被抬升到海洋表层，形成稀土海水岩以及稀土淤泥等沉积岩石。

3. 稀土元素与生物体的生长和代谢密切相关。

稀土元素在生态系统中多存在于植物和水生生物体内，它与其他元素一起参与了植物光合作用、呼吸作用、蛋白质合成等过程。

稀土元素的生物循环对生态系统稳定性和可持续发展具有重要意义。

稀土元素的应用稀土元素因其独特的物化性质和广泛的应用前景，被誉为“未来化工原材料百科全书”。

稀土元素的应用分为以下四个方面。

1. 稀土元素在冶金工业中的应用。

稀土元素在冶金行业中广泛应用，特别是在钢铁、有色金属、稀有金属材料等领域具有重要作用。

稀土元素可以改善金属材料的力学性能和化学稳定性，提高材料的高温性能和防腐蚀能力。

2. 稀土元素在电子行业中的应用。

稀土元素的光电性能和磁性能让它成为电子行业中的重要材料之一。

稀⼟元素地球化学在岩浆作⽤中，REE趋向于晚期富集。

由超基性岩、基性岩、中性岩⼀酸性岩或碱性岩，REE逐浙增⾼，并在钠质⽕成岩类的碱性岩中达最⼤富集。

从世界上各类稀⼟矿床的产出情况来看，REE成矿的母岩主要是碱性岩、碳酸岩和花岗岩。

和其他稀有元素⼀样，REE 在岩浆岩中的矿化宫集作⽤在很⼤程度上取决于REE的丰度和岩⽯化学条件。

Cullers和Grat(1984)⽤Eu／Sm表⽰Eu的异常，他以成粒陨⽯的Eu焰⽫⽐值0．35为标准：⼤于此值为正Eu异常；⼩于此值为负Eu异常，与此值相近为⽆异常。

δEu值在稀⼟乔素地球化学参缉中占有轻重要的地位，它常常作为划分同⼆⼤类岩⽯的亚类和讨论成岩成矿条件的重要参数之⼀。

例如花岗岩类可划分为壳型与壳樱型和富碱侵⼊体型。

壳型花岗岩Eu为中等亏损，δEu平均值为0.46；壳幔型花岗岩Eu 为弱亏损，δEu平均值为0.84；碱性花岗岩Eu则强烈亏损，δEu＜0.30。

2．总的说来，REE的分馏程度较低，稀⼟球粒陨⽯标准化分布型式⽐较简单。

其中⼤陆⽞武岩富集∑Ce；侵⼊基性岩的稀⼟分馏较⼩；从中⼤西洋脊和东太平洋隆起采集的深海次碱性⽞．武岩看，其REE分布型式与球粒陨⽯相似，仅La、Ce、Pr有明显亏损，在更碱性的深海⽞武岩中未见La、Ce、Pr亏损。

3.⼤陆⽞武岩的稀⼟改分变化很⼤，但存在两个明显的趋势。

⽆论是∑REE或∑Ce／∑Y均⼤于球粒陨⽯。

除个别例外，⽞武岩的铕异常都很不明显，其δEu值⾼于沉积岩和花岗岩的δEu值。

有时还见有负铈异常，如西伯利亚⽞武岩的∑Ce均＜l。

(2)碳酸岩和共⽣的碱性硅酸盐岩⽯虽然碳酸岩具有最⾼的REE含量和LREE／HREE⽐值，但其变化范围也很⼤(∑REE ＝72—15515ppm，(La/Lu)cn＝7．1 —1240)。

碳酸岩⽆Eu异常，但出现负Ce异常。

⽆Ce异常的样品⽐有Ce异常的样品可能形成于更低的氧化条件下。

三、稀⼟参数图解这类图解很多，可⽤于探讨岩⽯的形成机理或成因分类等问题。

地球化学中的稀土元素分析技术稀土元素是指具有相似的化学性质、在地壳中含量很少、通常需要用高级化学分离技术才能获取的一组元素，共有17种，包括镧、铈、镨、钕、钷、铕、钡、铽、钇、镝、钬、铒、铥、镱、镥、钆和铽等。

稀土元素在地球化学、地球化学勘探、冶金、环境科学等领域有广泛的应用，例如用于地球化学勘探中的矿物探测、冶金工业中的特种合金制备、环境科学中的废水处理等。

因此，稀土元素分析技术的研究和应用对于上述领域的发展具有重要的意义。

稀土元素分析技术的发展历程自20世纪初以来，稀土元素分析技术经历了多次重要的发展。

20世纪50年代，原子吸收光谱（AAS）技术开始用于稀土元素分析；60年代，红外光谱（IR）和紫外光谱（UV）技术在稀土元素分析中得到了广泛应用。

90年代以来，随着高效液相色谱（HPLC）、气相色谱-质谱联用（GC-MS）和电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）技术的崛起，稀土元素分析技术得到了极大的提升。

HPLC高效液相色谱（HPLC）是指将流动相压缩到高压下进行液相色谱分离。

HPLC技术可以实现对复杂的稀土元素样品进行精确的分析，具有分离效率高、分离速度快的优点。

同时，HPLC技术还能够配合荧光检测器对稀土元素进行定量分析，因此逐渐成为稀土元素分析的主流技术之一。

GC-MS气相色谱-质谱联用（GC-MS）是一种将气态物质进行分离和检测的分析技术。

GC-MS技术以其高分辨率、高灵敏度和高专属性等特点，在稀土元素分析领域中得到了广泛应用。

与传统的AAS技术相比，GC-MS技术可以对大多数稀土元素进行分析，并具有更高的灵敏度和分离能力。

ICP-MS电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）是一种将离子源与质谱分析相结合的分析技术，广泛用于稀土元素分析和其他元素的定量分析。

ICP-MS技术具有灵敏度高、精度高、工作范围广等特点，并可以对各种不同的样品类型进行分析。

相比其他技术，ICP-MS技术在稀土元素分析中更能够达到高精度和准确度的要求。