石英是地殼中分布較廣的礦物之一，而且在地表環(huán)境中分布相當(dāng)廣泛。石英-水界面作用對(duì)天然水體中金屬離子的遷移轉(zhuǎn)化、成礦熱液中成礦元素的遷移富集和礦物分選工藝等方面起著重要作用。

許多研究表明，石英對(duì)金屬離子的吸附反應(yīng)可用表面配位模式進(jìn)行擬合。但是，這些宏觀實(shí)驗(yàn)方法不能確定被吸附離子在礦物表面具體的結(jié)合形態(tài)，也就是說不能從微觀上確定礦物對(duì)金屬離子吸附的反應(yīng)機(jī)理。經(jīng)過深入研究發(fā)現(xiàn)，隨著礦物表面離子吸附覆蓋率的改變，金屬粒子的結(jié)合形態(tài)將會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化，并且因?yàn)榈V物表面和水溶液的性質(zhì)不同而異，可能會(huì)以單核吸附、多核吸附或者表面沉淀等形式出現(xiàn)。

對(duì)此，中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所吳宏海老師采用電子順磁共振波譜（EPR）方法對(duì)不同pH條件下的石英表面與Cu2+離子反應(yīng)的機(jī)理進(jìn)行研究。當(dāng)溶液的pH值在2~11之間變化時(shí)，石英表面Cu2+離子的吸附覆蓋率相應(yīng)的由0~10.32%變化；同時(shí)，使用EPR儀器定時(shí)對(duì)已吸附Cu2+的石英粉末樣品進(jìn)行測(cè)定，其EPR譜圖的線型、線寬以及g因子值也發(fā)生了特征的變化。（如下圖）

實(shí)驗(yàn)結(jié)果由EPR譜圖分析結(jié)果表明，石英對(duì)Cu2+離子的吸附，需要較高的pH值條件即溶液的pH>4.7，否則石英對(duì)Cu2+離子的吸附不明顯。且在不同的pH條件下，石英與Cu（NO3）2水溶液之間的界面作用表現(xiàn)出不同的反應(yīng)機(jī)理，即隨著溶液的pH值與石英表面Cu2+離子的吸附覆蓋率的升高，石英與Cu2+離子反應(yīng)產(chǎn)物的表面結(jié)合形態(tài)表現(xiàn)為單核雙配位吸附、單核單配位吸附、多核配位吸附直至表面沉淀等結(jié)合狀態(tài)。

參考文獻(xiàn)：

吳宏海、吳文清，2000，石英礦物便面反應(yīng)性的EPR譜學(xué)研究。光譜學(xué)與光譜分析，第20卷，第3期。

目前電子順磁共振波譜儀（EPR）技術(shù)在地質(zhì)研究方面已經(jīng)逐步成為重要的手段，而且EPR的應(yīng)用方面也不僅于此。由于其在自由基和過渡金屬離子、反應(yīng)動(dòng)力學(xué)以及材料性質(zhì)等研究中都起到的重要作用，使EPR技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用的發(fā)展。

電子順磁共振波譜儀-ESR5000

EPR是檢測(cè)和研究含有未成對(duì)電子的順磁性物質(zhì)的一種波譜學(xué)技術(shù)。由于這種技術(shù)可以直接檢測(cè)顆粒物或液相中的未成對(duì)電子，通過對(duì)順磁譜圖的分析，以此得到物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)和狀態(tài)等信息，可用于定性和定量分析。