基于电子探针分析测试技术在陨石研究中的应用分析

柴庆军   陈刚

国际陨石鉴定评估研究院   

国际陨石鉴定评估研究院：由中国一带一路开发科技集团主管，经过两年的酝酿、筹备，于2021年12月正式挂牌成立。国际陨石鉴定评估研究院与国际陨石鉴定研究相接轨，立足我国陨石行业现状服务广大陨石爱好者和藏家。研究院依托国际收藏家联合会、亚洲珠宝行业联合会专家等资源开展工作，建立第三方标准和服务体系，客观、公正的服务社会。

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摘要：电子探针微束分析方法在陨石分析与研究工程中有着广阔的应用。其二次电子像和背散射像都可以来观测陨硫铁球粒、各种矿石和基质的类型和成分情况，特征x射线则可以用来进行定量分析和精确定量分析，也可以通过大树斑和全岩分析在统计陨石总铁量的工作中具有广阔的应用前景。

关键词：电子探针；陨石应用

前言：由于电子光学工艺和计算机技术的提高，现在的EPMA已经同时具备了扫描电镜SEM的形态研究、结构研究的能力。不仅像其在开发之初一样，以对金属材料和矿石产品中的不同形象及不同结构的成分研究为主要目的，同时还运用于冶金、电子电器部件、陶瓷、树脂、纤维、木头、动物牙齿、骨、叶、根等领域。设备应用之广，可以看出目前已涉及各种固体材料的科研实验领域，特别是材料的研究领域。这些设备不只是科研工作中的主要手段，同时也是质量检查的方法之一。

一、电子探针的介绍

（一）电子探针分析的优点

1.不损伤试样：进行了电子探针分析后的金属试样，并不会引起什么损伤，还能够完成其他方面的检查工作，这对于稀少贵重的金属试样，如陨硫铁、月石及极难发现的新矿石，电子探针分析方法是最理想的分析手段。

2.直观：电子探测器除能够实现定点解析之外，还能够实现全面扫描图和面研究，这对认识样本中物质的生长规律、共存状况和赋存状况等方面提出了巨大的数据。我所的JXA一73电子探测器上配有TN一5500能谱仪，它的微扫描理序能够将颗粒上各种微量元素的分布情况，以各种方式在彩色荧光增感显示器上表现出来，它不仅直观性很好，而且具有一目了然之效。

3.速度：由于电子探针通常都用三或四道谱仪同时对各种物质进行研究，而且都是由电脑自行操控并进行运算的，国因此研究速率快，生产成本也较低廉。特别是附带了能谱仪后，更提高了研究效率。综上所述，电子探针研究给人们提出了一个比较好的岩矿测量方法，也是现代地质学中必不可少的一个测量工具。

（二）电子探针分析的基本原理

由光电枪所发出的光电波进行增加、凝聚之后，产生了相应的电能，当它照射到试样上之后.使试样的电子层得到了激活，并由此形成特征X辐射。对于不同的成分来说，其特点X辐射的长度也不相同，而根据这些特点X辐射的长度便可以了解试样中包括何种元素，这便是判定分析方法。当试样中某些成分的浓度愈多，其所形成的特点X辐射的力度也就愈大.田此，根据某成分的特点X封线力度的多少，也就能够测算出某成分的浓度，这便是判定分析方法。当电子束照射到试样上之后，除形成了特点X辐射之外，还形成了二次光电、背散射光电、吸收光电等物理讯号。使用这种物理信息也能够实现对扫描图象地观测，一般有二次电子像、背辐射电像、吸收电像等，这也是扫描电子显微学的重要功能。

（三）电子探针的特点

(1）电子探针是通过测定电子束照射试样发出的特征辐射来评价物质的，属于无破坏性研究。使用极其细微的电子束就可实现微米量级的细微区域分析，也可使用电子束扫描分辨几百微米的细范围，甚至还可使用样品台扫描分析厘米量级（1-10cm）的细大面积。

(2）光电探头除检查特性用X光线开展元素成分的定性、量化研究之外，还可使用与原子序数相关的背散射光电获取成分像，也可使用扫描电子束获取二次光电的形貌像。此外，通过使用由电子束辐射所形成的阴极发光，还能够对金属矿物样品、半导体器件以及各类高分子化合物材料做出各种分类。

(3）电子探测器是涉及电子光学、精细仪表、高温真空、光学、分光（光谱色散）、辐射性计测、摄影和电子计算机等工艺技术的综合性工具。

(4）电子探针法不仅作为物理化学基础研究的分析，也广泛用作电子产品在线的检测，质量管理的分析方法，还有能源、环保等检测。尤其是广泛应用于金固熔体相、相变、晶界、高偏析度物质、金属掺杂物等；以及地质的矿产、岩土、矿物和陨石等；瓷器、混凝土、玻璃；化学催化剂和石油化工，高分子材料，油漆等；海洋生物的牙齿、骨组织；半导体材料、集成电路、电器产品等应用领域的非破坏性的化学元素分析与研究。

二、电子探针在陨石分类中的主要应用

1.使用电子探针的二次电子图像技术（SEI）观察陨硫铁矿的表面形态特征，对表面平整且有成分差异的陨石样品可以通过利用低压二次电子像（加速电压小于5kV）得到成分的衬度图。背散射图像（BSI）主要显示矿物的元素成分差异可用来观察陨石球粒的结构、类型、大小，基质的成分，次生矿物分布特征及其含量，冲击熔融脉的形态和分布特等通过调节背散射图像的亮度和对比度可方便地观察矿物氧化还原和矿物环带分布情况。

2.利用电子探针对陨石进行矿物成分的分析。对于普通球粒陨石，主要分析其橄榄石和辉石成分。通过计算分别得到Fa值和Fs值，对PMD值小于5%的样品，其Fa值和Fs值的变化很小可以称之为平衡型陨石，对平衡型球粒陨石中不同种矿物分别打10~20个点即可，而对但平衡型队石样品要适当增加打点的个数，一般要达到50个点以上，以获得更高的可信度。

3.电子探针中的面扫描可以对元素的分布提供更直观地观察和分析，元素面分布图是研究元素赋存状态的有效手段。

4.利用背散射图像在低倍下将陨石薄片进行拍照，利用图像处理软件将图片拼接，然后将图片进行适当密度的网格分割，最后可以进行金属矿物统计和坐标赋值。

5.利用电子探针200um大束斑依次对样品进行单点测试，从而统计平均值得出陨石总铁量。由此根据普通球粒陨石的Fa值、Fs值、PMD值和总Fe、总金属量、元素分布均一程度和球粒的特征参数可以确定陨石的化学群和岩石类型。

结论：综上所述，光电子探针是对多种无机物质和生物物质微区成分解析的重要工具，并普遍被应用冶金、地质学、矿山、生态、医学、和考古等方面。如果把数码扫描电子显微镜与计算机探测器紧密结合，在显微镜下将所观测到物质的显微组织结构与元素成分紧密联系在一起，就可以克服物质显微不均匀性的问题，目前已经成为研究材料亚微观构造的有力工具。

参考文献：

[1]谢兰芳,陈宏毅,缪秉魁. 电子探针分析测试技术在陨石研究中的应用[A]. 中国空间科学学会月球科学与比较行星学专业委员会、中国矿物岩石地球化学学会陨石学与天体化学专业委员会.第十届全国月球科学与比较行星学陨石学与天体化学学术研讨会会议论文集[C].中国空间科学学会月球科学与比较行星学专业委员会、中国矿物岩石地球化学学会陨石学与天体化学专业委员会:中国空间科学学会,