矿石的物质组成分析包括元素分析和矿物分析，查明矿石的物质组成特点，能够确定可供选矿回收和综合利用的有用元素或有用矿物的种类和数量，以及伴生有害组分的种类和数量，这是了解选别对象的一项重要的基础性工作。
一、元素分析
元素分析的目的是为了研究矿石的化学组成，查明矿石中所含元素的种类、含量，分清哪些是主要元素？哪些是次要元素？哪些是有益元素？哪些是有害元素？常用的分析方法包括：光谱分析、化学分析和仪器分析。
1、光谱分析
光谱分析能迅速而全面地查明矿石中所含元素的种类及其大致含量范围，不至于遗漏某些稀有、稀散和微量元素，因而选矿试验常用此法对原矿或产品的化学成分进行普查，查明了含有哪些元素之后，再进行定量的化学分析。这对于选冶过程考虑综合回收及正确评价矿石质量是非常重要的。
光谱分析原理：矿石中的不同元素经过热辐射等能量的作用能够发射不同波长的光谱线，通过摄谱仪记录，然后与已知元素的谱线比较，即可得知矿石中含有哪些元素及其大致含量。
单波长双光束分光光度计
光谱分析的特点是灵敏度高，测定迅速，所需用的试样量少（几毫克到几十毫克），但其精确定量分析的操作比较复杂，一般只进行定性和半定量分析。
有些元素，如卤素和S、Ra、Ac、Po等，光谱法不能测定；还有一些元素，如B、As、Hg、Sb、K、Na等，光谱操作较特殊，有时也不做光谱分析，而直接用化学方法分析。
2、化学全分析和化学多元素分析
化学分析能准确地定量分析矿石中各种元素的含量，据此确定哪几种元素在选矿工艺中必须考虑回收，哪几种元素为有害杂质需将其分离。因此，化学分析是了解选别对象的一项重要工作。
化学全分析是为了了解矿石中所含全部成分的含量，凡经过光谱分析查出的元素，除痕量外，其他所有元素都作为化学分析的项目，元素分析之总和应该接近100%。
化学多元素分析是对矿石中所含多个重要和较重要的元素的定量化学分析，不仅包括有益和有害元素，还包括造渣元素。如单一铁矿石可分析全铁、可溶铁、氧化亚铁、S、，P、Mn、SiO2、Al2O3、CaO、MgO等。
化学全分析要花费大量的人力和物力，通常仅对新矿床和对矿石性质很不了解时，才需要对其原矿进行一次化学全分析。对于单元试验的产品，只对主要元素进行化学分析。根据需要，试验最终产品（主要指精矿和需要进一步研究的中矿和尾矿）一般要做多元素分析。
3、仪器分析
对于矿石中元素赋存状态比较简单的情况，一般采用光谱分析、化学分析、物相分析、偏光显微镜、反光显微镜等常用方法即可；对于矿石中元素的赋存状态比较复杂或微粒微量矿物成分的分析，需要借助某些仪器分析技术进行深入研究。
常用的矿物化学成分仪器分析技术包括：电子探针X射线显微分析、离子探针显微分析和激光显微光谱分析等。
（1）电子探针X射线显微分析
电子探针X射线显微分析是近二十年来发展极为迅速的微粒、微量成分测试技术之一。
能谱仪结构示意图
其原理是利用高速电子束轰击欲测的试样表面，一部分电子从样品表面散射，从散射状况可以了解样品的表面结构及元素的分布状态；其余一部分电子则进入样品中，激发出样品中所含元素的特征X射线，从而测定样品中所含元素及其含量。
电子探针X射线显微分析能分析直径为1μm的微粒成分。若进行扫描观察，可以直接显示出样品表面1μm2至几平方毫米范围内元素的分布状态，可探测的元素已扩展到从原子序数为4的铍到原子序数为92的铀。可从光片、薄片和砂光片直接测定矿物的化学组成，查明元素在矿物中的存在形式，矿物中固态显微包裹体的成分，矿物环带中成分的变化，类质同象系列组分的演变等，同时又可免去单矿物的分离和碎样等烦琐过程。
电子探针X射线显微分析很大程度上是一种表面分析，因此表面性质对分析结果影响很大，其对样品的基本要求是：①所使用的光面须光滑、平坦、清洁；若系薄片，须去掉盖玻片，并用酒精或丙酮将表面洗净。②样品须有良好的导电性。如果样品是非导体，应喷镀一层碳或铝的导电薄膜，以增加其导电性和导热性。
电子探针X射线显微分析成效卓著的用途是通过对矿物化学成分的测定来帮助准确地鉴定矿物。例如，铂族元素矿物一般颗粒细微且在矿相显微镜下的特点大都是反射率高（一般在50%-70%之间），多呈白色或黄色，光学性质和物理性质差别不大，用一般的测定光学性质和物理性质的办法来进行准确鉴定较为困难。但利用电子探针X射线显微分析将其化学成分测定后，就会很容易地把它们准确地鉴定出来。目前世界上已发现的150多种铂族元素矿物（包括未正式命名的），差不多有2/3是由电子探针X射线显微分析测定其化学成分的。
电子探针X射线显微分析对研究查明矿石中元素的赋存状态（单矿物、单矿物的细微包裹体、类质同象混入物、吸附状态等）有很大作用。如含Ag的方铅矿用电子探针测定，若Ag在方铅矿中呈均匀分布，说明Ag系以类质同象混入物状态存在；若Ag不均匀地作细小斑点状集中分布，则表明Ag呈辉银矿等银矿物的细微包裹体状态存在，从而有利于解决其综合利用问题。
2、离子探针显微分析
离子探针系离子显微探针质谱分析仪的简称。离子探针显微分析的原理是利用高能量的离子束轰击固体样品表面，从样品溅发出二次离子，然后用质谱仪进行分析测定。
该方法不仅可以测定元素的种类和百分含量，还可以测出其同位素的种类和比值。与电子探针比较，这种分析仪系采用氧、氢、氢等的离子束代替电子束，用质谱仪代替X射线能谱仪。此外，还配有光学显微镜，在样品分析过程中可以用显微镜进行观察。
离子探针由扫描型离子显微镜和双聚焦质谱仪组成。离子枪发射高速离子，经聚焦形成离子束，离子束可调范围在1-100μm间。双聚焦质谱仪对引进的二次离子经扇形电磁场按质量/电荷比加以分离后，用二次离子检测器进行元素含量和同位素的分析。离子探针还能进行微区元素分布的分析和进行显微结构的观察。
离子探针的优点是：①取放样品方便；②分析样品可以是不导电的；③能进行深向分析；④能进行包括轻元素的全周期表元素的分析；⑤能进行同位素分析，以供做同位素年龄测定和矿物、矿床、岩石形成条件分析等同位素地质的研究；⑥灵敏度高，绝对感量可达10-18-10-19g，灵敏度比电子探针高一万倍，可分析更小量的样品；⑦所得数据多；⑧分析时间短等。其缺点是：破坏样品，且不能同时测量。
3、激光显微光谱分析
激光显微光谱分析是一种将激光技术用于矿物成分分析和矿物鉴定的新方法。激光显微光谱分析仪通常采用红宝石或钕玻璃作为激光发射材料。
激光具有极好的单色性、空间相干性和高度的平行性，激光聚焦后能量密度极高，在焦点处可产生104K的高温。
该方法的基本原理是，将高度平行、单色极好的激光束在显微镜下聚焦于试样的表面，产生5000℃-10000℃的高温，使物质立即汽化为等离子蒸气；再经过高压电火花进一步激发发光，由摄谱仪记录于感光板上；然后，对感光板上谱线进行分析，鉴定所激发物质的成分（元素）。
这种方法所需样品的数量比一般光谱分析少很多（微克量级），并可以直接在各种样品（如颗粒或光片）上进行显微分析，用于测定矿石中元素的种类、含量（半定量测定元素可达50种），与显微镜分析相结合，还可以提供元素在矿石中的赋存情况，是鉴定微细矿物的一种较好手段。
二、矿物分析
元素分析只能查明矿石中所含元素的种类和含量，矿物分析则可进一步查明矿石中各种元素以何种矿物存在，以及各种矿物的含量。其研究方法通常包括化学物相分析、光学显微镜分析和矿物组成的定量分析。
1、化学物相分析
化学物相分析的原理是：矿石中的各种矿物在不同溶剂中的溶解度和溶解速度不同，采用不同溶剂在不同条件下处理所分析的矿样，即可使矿石中各种矿物分离，从而分别测出试样中某种元素以何种矿物存在和含量多少。
目前可对如下元素进行化学物相分析：铜、铅、锌、锰、铁、钨、锡、锑、钴、镍、钛、铝、砷、汞、硅、硫、磷、钼、锗、铟、铍、铀、镉等。
与岩矿鉴定相比较，化学物相分析操作快，定量准确，但不能将所有矿物一一区分，更重要的是无法测定这些矿物在矿石中的空间分布以及嵌布、嵌镶关系，因而在矿石物质组成研究工作中只是一个辅助的方法，不可能代替岩矿鉴定。
由于矿石性质复杂，有的元素化学物相分析方法还不够成熟或处在继续研究和发展中，因此，必须对化学物相分析、岩矿鉴定或其他分析方法所得资料综合分析，才能得出正确的结论。
例如某铁矿石中矿物组成比较复杂，除含有磁铁矿、赤铁矿外，还含有菱铁矿、褐铁矿、硅酸铁和硫化铁，由于有些铁矿物在各种溶剂中的溶解度相近，分离很不理想，菱铁矿往往偏高，硅酸铁有时偏低。在这种情况下，就必须对元素分析、化学物相分析、岩矿鉴定、磁性分析等资料综合分析，才能最终判定铁矿物的存在形态，并据此拟定正确合理的试验方案。
2、光学显微镜分析
根据不同矿物在显微镜下的光学性质的差异，可以借助光学显微镜直观地观察矿石中矿物的种类、相对含量、嵌布粒度大小和嵌镶关系等。常用的光学显微镜有实体显微镜（双目显微镜）、偏光显微镜和反光显微镜等。
实体显微镜只有放大作用，是肉眼观察的简单延续，用于放大物体形象，观察物体的表面特征。观察时，先把矿石碎屑在玻璃板上摊成一个薄层，然后直接进行观察，并根据矿物的形态、颜色、光泽和解理等特征来鉴别矿物。这种显微镜的分辨能力较低，但观察范围大，能看到矿物的立体形象，可初步观察矿物的种类、粒度和矿物颗粒间的相互关系，估测矿物的含量。
偏光显微镜除具有放大作用外，还在显微镜上装有两个偏光零件——起偏镜（下偏光镜）和分析镜（上偏光镜），加上可以旋转的载物台，就可以用来观察矿物的偏光性质。这种显微镜只能用来观察透明矿物，用于偏光显微镜观测的试样为专门制备的矿石或岩石薄片，或者是粉状物料经过胶固处理后磨制的砂薄片。
黑云二长片麻岩（由黑云母（Bt）、微斜长石（Mc）、斜长石（Pl）和石英组成，具片状粒状变晶结构，片麻状构造）偏光显微镜照片
反光显微镜的构造和偏光显微镜一样，都具有偏光零件，所不同的是在显微镜筒上装有垂直照明器，这种显微镜适用于观察不透明矿物，要求把矿石的观察表面磨制成光洁的平面，即把矿石制成适用于显微镜观察的光片。大部分有用矿物属于不透明矿物，主要运用这种显微镜进行鉴定。鉴定表上没有的矿物，或单凭显微镜还难于鉴定的矿物等，则要用其他一些特殊方法。
3、矿物组成的定量分析
矿石中组成矿物的定量分析是工艺矿物学研究的一项基础工作，对选矿工艺流程的开发和选择以及选矿生产流程的评价均具有重要意义。
矿石中矿物定量测定的方法很多。从当前各种方法的应用情况来看，矿物定量的基本方法主要包括：分离矿物定量法、显微镜下定量法、特征元素化学分析定量法和仪器分析定量法。
（1）分离矿物定量法
分离矿物定量法是利用待测矿物与原料中其他矿物性质的差异，将待测矿物从原料中分离出来而进行定量的一种方法。
该法主要适用于某些易于分选且嵌布粒度较粗大的矿物定量，对于嵌布粒度细小且难以分离的矿物则不适用，因为对于微细嵌布的矿物，通常无法保证在很高的分离纯度下使其全部从矿物原料中分离出来。该法定量结果准确可靠，但操作过程烦琐、费时、费力，使其应用受到了一定的限制。
进行矿物分离的方法和设备很多，在分离矿物定量时多采用一些简单、易行的分离方法和分离手段，如：重力分离、磁力分离和选择性溶解等。
（2）显微镜下定量法
显微镜下定量法是从待测矿物原料中选取少量有代表性的样品，加工制备成光片或薄片，在显微镜下通过测定不同矿物在光片或薄片上所占比例，达到矿物定量的目的。
显微镜下矿物定量通常采用普通光学显微镜，其结构简单，操作方便，测定方法易于掌握，是目前国内外普遍使用的一种矿物定量方法。
该法的缺点是，限于放大倍数和分辨率，对微粒、微量矿物的定量尚很困难。
（3）特征元素化学分析定量法
特征元素化学分析定量法是近年来获得迅速发展且日臻完善的一种矿物定量方法。该方法是利用矿物原料的化学成分与其组成矿物的化学成分的相关性，通过一定的数学运算来进行矿物定量的。
特征元素化学分析定量法不像其他方法那样受组成矿物的含量和嵌布粒度的影响，而仅取决于原料和组成矿物的化学成分，定量精确度高，对于其他方法难以解决的微粒、微量矿物的定量，该方法的优越性尤其显著。
为了测定原料中所有矿物含量，必须具备以下基础资料：①原料的化学全分析结果；②确定所有组成矿物的种类；③各组成矿物的化学成分分析结果。根据以上分析资料，即可通过列联立方程等方法，求出各组成矿物的含量。
因为原料的化学分析提供了某元素在原料中总的含量，而某元素在原料中的含量则是由该元素在各矿物中的含量和各种矿物在原料中的含量所决定的。
因此，利用化学分析法进行矿物定量，实际上是对化学分析过程的逆运算。当某一元素仅存在于矿石中的某一特定矿物中时，可利用矿石的化验资料直接计算出该元素赋存矿物的质量百分含量。
例如，某矿石样品中含Mo为0.16%，辉钼矿（MoS2含Mo为59.94%）是矿石中唯一的含Mo矿物，则矿石中的辉钼矿含量为：（0.16/59.94）×100%=0.2669%。
（4）仪器分析定量法
仪器分析定量法是近几年定量工艺矿物学研究非常活跃的领域之一。目前，应用较广的仪器分析定量法主要包括：自动图像分析法和X射线衍射分析法两大类。
自动图像分析法利用光学显微镜生成的矿物图像或者电子探针或扫描电镜生成的矿物图像，根据矿物在显微镜下的光学性质的差异或矿物化学成分的差异来识别矿物，借助图像处理软件，实现了矿物识别、矿物测量和统计计算的自动化，大大地提高了矿物定量的精度和效率。X射线衍射分析法是在定性物相分析的基础上进行的，其原理是混合原料中某种物相（矿物）的含量Q与其特征衍射峰的强度I成正比。
进行定量测定时，一般是首先利用待测物相的纯样（纯矿物）配置成一系列含量不同的定量样品（标样），测定它们的衍射强度，作出Q-I工作曲线；然后在相同条件下测定待测样品中该物相的衍射强度，利用工作曲线求出待测样品中该物相的含量。需要指出，X射线衍射分析法定量结果的精度和检测灵敏度尚较差，通常只能提供半定量分析结果，适用于定量精度要求不高的情况。
X射线衍射分析还与矿物的结晶程度、矿物相的质量吸收系数等因素有关，无法分析隐晶质矿物；而且检测灵敏度较差，通常仅能检测含量在2%-3%以上的矿物相，无法进行微量矿物的定量。
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