东海海洋沉积物样品颗粒的形貌分析_郭升平.pdf

2022 年 第 12 期 化学工程与装备 2022 年 12 月 Chemical Engineering&Equipment 239 东海海洋沉积物样品颗粒的形貌分析东海海洋沉积物样品颗粒的形貌分析1212 郭升平（福建省测试技术研究所，福建 福州 350003）摘摘 要要：本文采用扫描电子显微镜-能谱仪观察分析了东海海洋沉积物样品颗粒的形貌特征，分析颗粒粒径分布和元素组成。结果表明，东海海洋沉积物样品主要成分以 Al、Si、Ca、Fe 等元素为主，单晶纯度可达 95%以上。粒径呈正态分布，范围集中在 2m10m 之间。关键词：关键词：海洋沉积物；颗粒；形貌分析；电子显微镜 基金项目：基金项目：公益类科研院所基本科研专项（2018R1007-1）引引 言言 研究海洋沉积物中有机质、无机矿物、金属元素、氧化物含量，对海相成因、成岩过程、海洋污染过程有指示意义。如根据沉积物中黄铁矿形态特征、微量元素分布、稀土元素含量，反应它系海洋来源，可作为海相成因的指示1。沉积物中颗粒态有机质的组成和结构特征，对抗生素有较强的富集作用2。对沉积物样品的总硫含量、总有机碳含量进行实验分析以及借助带能谱仪的扫描电镜(SEM)对保存在沉积物中的黄铁矿的亚微结构特征的研究，可得出对天然气水合物的指示意义4。通过沉积物重金属分析，评估海域生态风险4。东海海洋沉积物样品采自东经 12643.6,北纬 3111.6 的东海陆架海区的海底表层，离陆地距离相对较远，受人类活动影响较小，沉积时代较长，沉积物性质较为稳定。沉积物矿物组分及化学成分比较均匀，在海底分布较广，特性量值具有代表性，在化学成分上能反映出研究区背景特征5。本文采利用扫描电子显微镜-能谱仪,对采自东海大陆架的海洋沉积物样品进行颗粒物的形貌特征、数量粒径分布和元素组成分析，可为海洋、环境管理部门提供科学实验依据6-8。1 1 实验部分实验部分 1.1 仪器 扫描电子显微镜（SEM）(SU-3500，日立公司，日本)-能谱仪（EDX）（Octane Elect Plus，EDAX 公司，美国）进行单颗粒物的微观形貌与成分分析。激光粒度分析仪，Mastersizer2000，英国 Malvern 公司。1.2 样品来源和制备 海洋沉积物样品由厦门大学海洋与地球学院提供。采自东海海底 95 米深，为浅灰色粉砂质粘土，经晾干后粗磨、去盐、干燥、匀化加工，置高铝瓶球磨机中磨细，过 200目筛，分瓶封存。1.3 样品处理 取待测样品 1g 置干燥器内干燥 2 小时，用于真空环境下扫描电镜观察。取海洋沉积物样品粉末 0.5g，放烧杯内加入无水乙醇，超声波震荡，用吸管取液体滴于电镜专用样品台上。待乙醇试剂挥发干后，用 SBC-12 小型离子溅射仪进行喷金处理，对所采集的样品进行形貌观察。1.4 仪器条件 扫描电子显微镜（SEM）-能谱仪（EDX）试验条件见表1。表表 1 1 扫描电镜实验参数设置扫描电镜实验参数设置 Tab1Tab1 Parameter setting of SEM experimentParameter setting of SEM experiment KV Mag Takeoff Live Time(s)Amp Resolution Lsec Cnts 20 5000 35 10 7.68 127eV 10.0，16 3.33KeV 2 2 结果与讨论结果与讨论 2.1 粒度分析 沉积物的粒度分析按照国标海洋调查规范（GB/T 13909-92，GB/T 12763.7-91）进行9-10，采用激光粒度仪进行粒度分析。DOI:10.19566/35-1285/tq.2022.12.032240 郭升平：东海海洋沉积物样品颗粒的形貌分析 图图 1 1 海洋沉积物粒度分布海洋沉积物粒度分布 沉积物的粒级标准采用尤登温德华等比制值粒级标准11-12。粒度分析结果表明其大于 74 m 的部分含量为1.27%，小于粒度分析的误差值（5%）。粒径中值为 6.18m，见图 1。2.2 沉积物颗粒形貌观察 利用能谱仪（EDX）的粒度和相分析软件（Particle Phase Analysis），在一定的放大倍率下，选择不同的视野来分析小于 20m 的颗粒的粒径分布。图 2 是具有 1000 倍视场的扫描电镜图。图图 2.2.电子显微镜电子显微镜 10001000 倍视场颗粒物形貌特征倍视场颗粒物形貌特征 Fig.2 Fig.2 Morphological characteristics of particles in the electron microscopes 1000 x field of viewMorphological characteristics of particles in the electron microscopes 1000 x field of view 从图 2 中随机选取典型颗粒进行电镜扫描分析，形成图 3 的 a-g。图 3-a，颗粒主要成分 Si（48%）、O（48%）、Al（1%）郭升平：东海海洋沉积物样品颗粒的形貌分析 241 图 3-b，颗粒主要成分 Si(48%)、O(42%）、Al(2%)图 3-c，颗粒主要成分 Si(48%)、O(42%）、Al(2%)图 3-d，颗粒主要成分 O(59%)、Al(29%)、Cl(5%)；Mg(3%)图 3-e，颗粒主要成分 O(45%)、Si(17%)、Al(14%)、Ca(3%)、Fe(3%)242 郭升平：东海海洋沉积物样品颗粒的形貌分析 图 3-f，颗粒主要成分 O(49%)、Ca(33%)；Al(2%)、Si(1%)、Na(1%)图 3-g，颗粒主要成分 Fe(57%)、Cr(14%)、Ni(9%)、Al(3%)、O(2%)图图 3 3 海洋沉积物样品海洋沉积物样品颗粒扫描电镜图及其能谱图颗粒扫描电镜图及其能谱图 FiFig g 3 3 FESEM images and EDX spectra of Marine sediment particlesFESEM images and EDX spectra of Marine sediment particles 2.3 元素含量分析 表表 1 1 沉积物颗粒元素含量分析沉积物颗粒元素含量分析 谱图编号 主量元素 元素含量分布 元素总量（以氧化物计）a:101609 Si Si(48%)、O(48%)、Al(1%)96%b:101604 Si Si(48%)、O(42%）、Al(2%)90%c:101608 Al Al(40)、O(33)、Si(17)、Na(5)、Mg(3)、Si(2)73%d:101601 Al O(59%)、Al(29%)、Cl(5%)；Mg(3%)88%e:102611 Si、Al O(45%)、Si(17%)、Al(14%)、Ca(3%)、Fe(3%)76%f:102612 Ca O(49%)、Ca(33%)；Al(2%)、Si(1%)、Na(1%)82%g:102603 Fe Fe(57%)、Cr(14%)、Ni(9%)、Al(3%)、O(2%)71%颗粒形态多为圆形、方形、三角形、梯形等多边形，按元素含量进行分类，观察颗粒的形貌并分析元素组成。以氧化物估算元素占比，其中含量较高的有 Al、Si、Ca、Fe 等几种元素，氧化物颗粒纯度含量最高达到 95%以上。3 3 结结 语语 东海海洋沉积物样品颗粒形状包括规则形状和不规则形状，不规则状的颗粒较为常见。颗粒组成主要元素包含Al、Si、C、O、Fe、Ca 等，多以氧化物形式存在。除此之外，还有些微量成分，如 Na、Mg、Cl、Ag 等。粒径范围集中在 2m10m，中位值 6.18m。参考文献参考文献 1 王珺.海南岛周边浅海沉积物中黄铁矿与碳酸盐矿物特征及成因研究D.中国地质大学,2007.2 刘兴华.黄河三角洲滨海土壤和沉积物颗粒态有机质特性及其对抗生素吸附作用研究D.中国科学院大学(中国科学院烟台海岸带研究所),2018.3 吴丽芳.南海北部沉积物中黄铁矿分布特征及其对天然气水合物的指示意义D.厦门大学,2014.4 王姮,李子孟,严峻,等.宁波舟山港北部海域沉积物重金属分析与评价研究J.环境科学与管理,2021,郭升平：东海海洋沉积物样品颗粒的形貌分析 243 46(09):60-64.5 赵一阳,鄢明才.中国浅海沉积物地球化学M.北京:科学出版社,1994:1-203.6 戚明辉,李君军,曹茜.基于扫描电镜和 JMicro Vision 图像分析软件的泥页岩孔隙结构表征研究J.岩矿测试,2019,38(3):260-269.7 李珊.扫描电镜在矿物质分析中的应用J.石化技术,2020(8):253-254.8 王平.福州城区道路大气 PM10单颗粒形貌分析J.福建分析测试,2021,33(2):37-41.9 GB/T 13909-92 海洋调查规范 海洋地质地球物理调查S.10 GB/T 12763.7-91 海洋调查规范 第 7 部分 海洋调查资料处理S.11 汪卫国,陈坚.南海中部沉积物颗粒组分特征J.应用海洋学报,2013,32(3):295-303.12 李鑫,赵霞,蔡杏兰,等.北海冠头岭海滩沉积物颗粒表面特征分析J.地质论评,2015,16(4):81-82.Morphology analysis of reference material particles of marine sediments in the East China Sea GuoSheng-Ping （Fujian Institute of testing technology,Fuzhou,Fujian 350003,China）AbstractAbstract：In this study，a scanning electron microscope-energy spectrometer was used to observe and analyze the morphological characteristics of the standard material particles of marine sediments in the East China Sea,and analyze the particle size distribution and element composition.The results show that the main components of the East China Sea marine sediment standard materials are mainly Al,Si,Ca,Fe and other elements,and the single crystal purity can reach more than 95%.The particle size is normally distributed and the range is concentrated between 2m-10m.Key wordsKey words：Marine sediment,particle,morphology analysis,electron microscope （上接第（上接第 238238 页）页）_ 3.3 含测量不确定度的报告结果表示形式 以本实验为例，样品测试结果为 0.805mg/L，则扩展不确定度为 U=U(C)C0=10.46%0.805mg/L=0.084 mg/L，k=2 则本次实验测得的浸出液中铅含量为:C=（0.8050.084）mg/L，k=2 4 4 结结 论论 通过比较各不确定度分量对测量不确定度贡献的大小可以看出，用原子吸收光谱法测定飞灰固化块浸出液中铅含量时，校准曲线拟合对不确定度的影响最大。因此，在日常检测过程中，要注重提高操作人员实验技能，加强对仪器的维护和保养，调整仪器，使其保