电子顺磁共振波谱仪（EPR）应用丨石英表面反应性

        石英是地壳中分布较广的矿物之一，而且在地表环境中分布相当广泛。石英-水界面作用对天然水体中金属离子的迁移转化、成矿热液中成矿元素的迁移富集和矿物分选工艺等方面起着重要作用。

       许多研究表明，石英对金属离子的吸附反应可用表面配位模式进行拟合。但是，这些宏观实验方法不能确定被吸附离子在矿物表面具体的结合形态，也就是说不能从微观上确定矿物对金属离子吸附的反应机理。经过深入研究发现，随着矿物表面离子吸附覆盖率的改变，金属粒子的结合形态将会发生相应的变化，并且因为矿物表面和水溶液的性质不同而异，可能会以单核吸附、多核吸附或者表面沉淀等形式出现。

         对此，中国科学院广州地球化学研究所吴宏海老师采用电子顺磁共振波谱（EPR）方法对不同pH条件下的石英表面与Cu2+离子反应的机理进行研究。当溶液的pH值在2~11之间变化时，石英表面Cu2+离子的吸附覆盖率相应的由0~10.32变化；同时，使用EPR仪器定时对已吸附Cu2+的石英粉末样品进行测定，其EPR谱图的线型、线宽以及g因子值也发生了特征的变化。（如下图）

       实验结果由EPR谱图分析结果表明，石英对Cu2+离子的吸附，需要较高的pH值条件即溶液的pH>4.7，否则石英对Cu2+离子的吸附不明显。且在不同的pH条件下，石英与Cu（NO3）2水溶液之间的界面作用表现出不同的反应机理，即随着溶液的pH值与石英表面Cu2+离子的吸附覆盖率的升高，石英与Cu2+离子反应产物的表面结合形态表现为单核双配位吸附、单核单配位吸附、多核配位吸附直至表面沉淀等结合状态。

参考文献：

吴宏海、吴文清，2000，石英矿物便面反应性的EPR谱学研究。光谱学与光谱分析，第20卷，第3期。

       目前电子顺磁共振波谱仪（EPR）技术在地质研究方面已经逐步成为重要的手段，而且EPR的应用方面也不仅于此。由于其在自由基和过渡金属离子、反应动力学以及材料性质等研究中都起到的重要作用，使EPR技术得到了广泛的应用的发展。

电子顺磁共振波谱仪-ESR5000

       EPR是检测和研究含有未成对电子的顺磁性物质的一种波谱学技术。由于这种技术可以直接检测颗粒物或液相中的未成对电子，通过对顺磁谱图的分析，以此得到物质的分子结构和状态等信息，可用于定性和定量分析。