柴慶軍 陳剛

國(guó)際隕石鑒定評(píng)估研究院

摘要：電子探針微束分析方法在隕石分析與研究工程中有著廣闊的應(yīng)用。其二次電子像和背散射像都可以來(lái)觀測(cè)隕硫鐵球粒、各種礦石和基質(zhì)的類(lèi)型和成分情況，特征x射線則可以用來(lái)進(jìn)行定量分析和精確定量分析，也可以通過(guò)大樹(shù)斑和全巖分析在統(tǒng)計(jì)隕石總鐵量的工作中具有廣闊的應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：電子探針；隕石應(yīng)用

前言：由于電子光學(xué)工藝和計(jì)算機(jī)技術(shù)的提高，現(xiàn)在的EPMA已經(jīng)同時(shí)具備了掃描電鏡SEM的形態(tài)研究、結(jié)構(gòu)研究的能力。不僅像其在開(kāi)發(fā)之初一樣，以對(duì)金屬材料和礦石產(chǎn)品中的不同形象及不同結(jié)構(gòu)的成分研究為主要目的，同時(shí)還運(yùn)用于冶金、電子電器部件、陶瓷、樹(shù)脂、纖維、木頭、動(dòng)物牙齒、骨、葉、根等領(lǐng)域。設(shè)備應(yīng)用之廣，可以看出目前已涉及各種固體材料的科研實(shí)驗(yàn)領(lǐng)域，特別是材料的研究領(lǐng)域。這些設(shè)備不只是科研工作中的主要手段，同時(shí)也是質(zhì)量檢查的方法之一。

一、電子探針的介紹

（一）電子探針?lè)治龅膬?yōu)點(diǎn)

1.不損傷試樣：進(jìn)行了電子探針?lè)治龊蟮慕饘僭嚇?，并不?huì)引起什么損傷，還能夠完成其他方面的檢查工作，這對(duì)于稀少貴重的金屬試樣，如隕硫鐵、月石及極難發(fā)現(xiàn)的新礦石，電子探針?lè)治龇椒ㄊ亲罾硐氲姆治鍪侄巍?/p>

2.直觀：電子探測(cè)器除能夠?qū)崿F(xiàn)定點(diǎn)解析之外，還能夠?qū)崿F(xiàn)全面掃描圖和面研究，這對(duì)認(rèn)識(shí)樣本中物質(zhì)的生長(zhǎng)規(guī)律、共存狀況和賦存狀況等方面提出了巨大的數(shù)據(jù)。我所的JXA一73電子探測(cè)器上配有TN一5500能譜儀，它的微掃描理序能夠?qū)㈩w粒上各種微量元素的分布情況，以各種方式在彩色熒光增感顯示器上表現(xiàn)出來(lái)，它不僅直觀性很好，而且具有一目了然之效。

3.速度：由于電子探針通常都用三或四道譜儀同時(shí)對(duì)各種物質(zhì)進(jìn)行研究，而且都是由電腦自行操控并進(jìn)行運(yùn)算的，國(guó)因此研究速率快，生產(chǎn)成本也較低廉。特別是附帶了能譜儀后，更提高了研究效率。綜上所述，電子探針研究給人們提出了一個(gè)比較好的巖礦測(cè)量方法，也是現(xiàn)代地質(zhì)學(xué)中必不可少的一個(gè)測(cè)量工具。

（二）電子探針?lè)治龅幕驹?/p>

由光電槍所發(fā)出的光電波進(jìn)行增加、凝聚之后，產(chǎn)生了相應(yīng)的電能，當(dāng)它照射到試樣上之后.使試樣的電子層得到了激活，并由此形成特征X輻射。對(duì)于不同的成分來(lái)說(shuō)，其特點(diǎn)X輻射的長(zhǎng)度也不相同，而根據(jù)這些特點(diǎn)X輻射的長(zhǎng)度便可以了解試樣中包括何種元素，這便是判定分析方法。當(dāng)試樣中某些成分的濃度愈多，其所形成的特點(diǎn)X輻射的力度也就愈大.田此，根據(jù)某成分的特點(diǎn)X封線力度的多少，也就能夠測(cè)算出某成分的濃度，這便是判定分析方法。當(dāng)電子束照射到試樣上之后，除形成了特點(diǎn)X輻射之外，還形成了二次光電、背散射光電、吸收光電等物理訊號(hào)。使用這種物理信息也能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)掃描圖象地觀測(cè)，一般有二次電子像、背輻射電像、吸收電像等，這也是掃描電子顯微學(xué)的重要功能。

（三）電子探針的特點(diǎn)

(1）電子探針是通過(guò)測(cè)定電子束照射試樣發(fā)出的特征輻射來(lái)評(píng)價(jià)物質(zhì)的，屬于無(wú)破壞性研究。使用極其細(xì)微的電子束就可實(shí)現(xiàn)微米量級(jí)的細(xì)微區(qū)域分析，也可使用電子束掃描分辨幾百微米的細(xì)范圍，甚至還可使用樣品臺(tái)掃描分析厘米量級(jí)（1-10cm）的細(xì)大面積。

(2）光電探頭除檢查特性用X光線開(kāi)展元素成分的定性、量化研究之外，還可使用與原子序數(shù)相關(guān)的背散射光電獲取成分像，也可使用掃描電子束獲取二次光電的形貌像。此外，通過(guò)使用由電子束輻射所形成的陰極發(fā)光，還能夠?qū)饘?span id="ao11b0k" class="wpcom_tag_link">礦物樣品、半導(dǎo)體器件以及各類(lèi)高分子化合物材料做出各種分類(lèi)。

(3）電子探測(cè)器是涉及電子光學(xué)、精細(xì)儀表、高溫真空、光學(xué)、分光（光譜色散）、輻射性計(jì)測(cè)、攝影和電子計(jì)算機(jī)等工藝技術(shù)的綜合性工具。

(4）電子探針?lè)ú粌H作為物理化學(xué)基礎(chǔ)研究的分析，也廣泛用作電子產(chǎn)品在線的檢測(cè)，質(zhì)量管理的分析方法，還有能源、環(huán)保等檢測(cè)。尤其是廣泛應(yīng)用于金固熔體相、相變、晶界、高偏析度物質(zhì)、金屬摻雜物等；以及地質(zhì)的礦產(chǎn)、巖土、礦物和隕石等；瓷器、混凝土、玻璃；化學(xué)催化劑和石油化工，高分子材料，油漆等；海洋生物的牙齒、骨組織；半導(dǎo)體材料、集成電路、電器產(chǎn)品等應(yīng)用領(lǐng)域的非破壞性的化學(xué)元素分析與研究。

二、電子探針在隕石分類(lèi)中的主要應(yīng)用

1.使用電子探針的二次電子圖像技術(shù)（SEI）觀察隕硫鐵礦的表面形態(tài)特征，對(duì)表面平整且有成分差異的隕石樣品可以通過(guò)利用低壓二次電子像（加速電壓小于5kV）得到成分的襯度圖。背散射圖像（BSI）主要顯示礦物的元素成分差異可用來(lái)觀察隕石球粒的結(jié)構(gòu)、類(lèi)型、大小，基質(zhì)的成分，次生礦物分布特征及其含量，沖擊熔融脈的形態(tài)和分布特等通過(guò)調(diào)節(jié)背散射圖像的亮度和對(duì)比度可方便地觀察礦物氧化還原和礦物環(huán)帶分布情況。

2.利用電子探針對(duì)隕石進(jìn)行礦物成分的分析。對(duì)于普通球粒隕石，主要分析其橄欖石和輝石成分。通過(guò)計(jì)算分別得到Fa值和Fs值，對(duì)PMD值小于5%的樣品，其Fa值和Fs值的變化很小可以稱(chēng)之為平衡型隕石，對(duì)平衡型球粒隕石中不同種礦物分別打10~20個(gè)點(diǎn)即可，而對(duì)但平衡型隊(duì)石樣品要適當(dāng)增加打點(diǎn)的個(gè)數(shù)，一般要達(dá)到50個(gè)點(diǎn)以上，以獲得更高的可信度。

3.電子探針中的面掃描可以對(duì)元素的分布提供更直觀地觀察和分析，元素面分布圖是研究元素賦存狀態(tài)的有效手段。

4.利用背散射圖像在低倍下將隕石薄片進(jìn)行拍照，利用圖像處理軟件將圖片拼接，然后將圖片進(jìn)行適當(dāng)密度的網(wǎng)格分割，最后可以進(jìn)行金屬礦物統(tǒng)計(jì)和坐標(biāo)賦值。

5.利用電子探針200um大束斑依次對(duì)樣品進(jìn)行單點(diǎn)測(cè)試，從而統(tǒng)計(jì)平均值得出隕石總鐵量。由此根據(jù)普通球粒隕石的Fa值、Fs值、PMD值和總Fe、總金屬量、元素分布均一程度和球粒的特征參數(shù)可以確定隕石的化學(xué)群和巖石類(lèi)型。

結(jié)論：綜上所述，光電子探針是對(duì)多種無(wú)機(jī)物質(zhì)和生物物質(zhì)微區(qū)成分解析的重要工具，并普遍被應(yīng)用冶金、地質(zhì)學(xué)、礦山、生態(tài)、醫(yī)學(xué)、和考古等方面。如果把數(shù)碼掃描電子顯微鏡與計(jì)算機(jī)探測(cè)器緊密結(jié)合，在顯微鏡下將所觀測(cè)到物質(zhì)的顯微組織結(jié)構(gòu)與元素成分緊密聯(lián)系在一起，就可以克服物質(zhì)顯微不均勻性的問(wèn)題，目前已經(jīng)成為研究材料亞微觀構(gòu)造的有力工具。

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