电子探针分析技术在金属矿石鉴定中的应用

【摘　要】在众多的金属矿石分析方法中，电子探针分析技术(EPMA)是一种应用较早、且至今仍具有独特魅力的多元素分析技术。二战以后，世界经济和社会的迅猛发展极大地促进了科学技术的进步，电子探针分析技术(EPMA)也进入了一个快速发展时期。在分析技术和方法、数据处理与计算机软件、新技术、新方法等的研究与应用方面，都取得了令人瞩目的成就。

【关键词】电子探针（EPMA）；金属矿石；应用

0.引言

电子探针X射线显微分析（简称电子探针显微分析）（Electron Probe Microanalysis，简称EPMA），它用一束聚焦得很细（50nm～１μｍ）的加速到5kV-30kV的电子束，轰击用光学显微镜选定的待分析试样上某个“点”（一般直径为1-50um），利用试样受到轰击时发射的X射线的波长及强度，来确定分析区域中的化学组成。它可以对试样进行微小区域成分分析。除H、He、Li、Be等几个较轻元素外，都可进行定性和定量分析。电子探针的大批量是利用经过加速和聚焦的极窄的电子束为探针，激发试样中某一微小区域，使其发出特征X射线，测定该X射线的波长和强度，即可对该微区的元素作定性或定量分析。从Castaing奠定电子探针分析技术的仪器、原理、实验和定量计算的基础以来，电子探针分析(EPMA)作为一种微束、微区分析技术在50-60年代蓬勃发展，至70年代中期已比较成熟；近年来，由于计算机、网络技术的迅猛发展，相关应用软件的开发与使用的加快。使得装备有高精度的波谱仪的新一代电子探针仪具有数字化特征、人工智能和自动化的分析程序、网络功能以及高分辨率图象的采集、分析及处理能力。EPMA技术具有高空间分辨率、简便快速、精度高、分析元素范围广(4Be～92U)、不破坏样品等特点，使其很快就在地学等研究领域得到应用。笔者分析整理了前人的研究成果，本文是对电子探针在金属矿石鉴定中的应用作简要的概述。

1.电子探针分析技术

电子探针分析技术具有以下几个方面的特点：

第一，微区（微米范围）显微结构分析。EPMA成分分析的空间分辨率是几个立方微米范围，它可以将微区化学成分与显微结构对应起来，是一种显微结构分析。

第二，元素分析范围广：硼(B)~铀(U)。氢和氦原子只有K层电子，不能产生特征X射线。锂(Li)虽然能产生X射线，但产生的特征X射线波长太长，无法进行检测。

第三，定量准确度高。EPMA是目前微区元素定量分析最准确的仪器，检测极限一般为0.01%-0.05%，不同测量条件和不同元素有不同的检测极限，有时可以达到ppm级。由于所分析的体积小，检测的绝对感量极限值约为10~14g，主元素定量分析的相对误差为1%~3%，对原子序数大于11的元素，含量在10%以上时，其相对误差通常小于2%。

第四，不损坏试样、分析速度快。EPMA可自动进行多种方法分析，并自动进行数据处理和数据分析，对含10个元素以下的试样定性、定量分析，新型EPMA测量试样的时间约需30分钟。

如果用EDS进行定性、定量分析，几分钟即可完成测量。分析过程中一般不损坏试样，试样分析后，可以完好保存或继续进行其它方面的分析测试，这对于文物、宝石、古陶瓷、古钱币及犯罪证据等稀有试样的分析尤为重要。

2.EPMA在金属矿石鉴定中的应用

众所周知，矿物学家通常用偏反光显微镜观察和测定矿物的光学性质和其他物理性质来认识矿物。但矿物的光学及物理性质均是矿物内在特征的外部表现。所以从本质上来说，根据这些性质和参数只能大致地定性认识矿物。况且一些不同种类的矿物之间其光性和物性往往非常相似， 因此用通常的手段难以准确地鉴定矿物，尤其是在鉴定铂族元素矿物和其他稀有元素矿物时，由于矿物粒度一般都很细微，难以准确鉴定其光性和物性。所以，要准确鉴定矿物，必须对其化学成分和晶体结构等本质特征进行准确测定。 由于电子探针能以优于1pm的空间分辨率准确地测定矿物的化学成分从而准确地得出矿物化学式， 而且能对光片或光薄片上的矿物一面用显微镜观察一面进行分析，更因它不破坏样品，从而使电子探针成为最为有效和最常用的矿物鉴定手段 因此。电子探针的应用使得一些原来无法识别的矿物得到准确的鉴定， 同时也纠正了从前一些错误。

例如，我们在对东巧超基性岩铬铂矿物质坦成研究过程中， 发现一种与硫钉矿和等轴铁铂矿紧密连生的矿物 这种矿物很稀少，一共只发现3颗，且粒度很小，约10微米，最大的也可只有30萎靡左右，具金属光泽，反射率比硫钉矿低得多。众所周知，在已知的铂族元素矿物中，硫钉矿的反射率几乎是最低的。所以当时估计与琉钉矿连生的这种矿物可能是一般金属矿物，困此未予注意 后来在工作中顺便对该矿物进行能谱(EDS)定性分析，发现其主要化学成分为Ru和Fe，此外还含少量Os和Ir，属铂族元素矿物，从而引起了我们的兴趣和注意。随后进行了能谱和被谱(WDS)定量分析，结果表明，Ru、Fe、Os、Ir的含量总和只有78% 左右这，说明还有20% 左右其他组分。仔细观察EDS谱， 确信不含原子序数大于11的其他元素存在，此外， 该矿物的光学性质和其他物理性质与铁钉矿的差别很大。 因而推测该矿物分子式中除了Ru，Fe、Os Ir以外。可能还有某种或某几种超轻元素(B、C、N、O、F)存在。用被谱仪(STE和TAP晶体)在上述元素的Ka峰位附近进行慢扫描，发现有较强的OKa峰出现，并拍摄了OKd特征x-射线扫描照片，从而初步断定为Ru和Fe的氧化物。假定矿物分子式为(Ru、Fe)2O8，则Ru和Fe等金属元素的含量恰好为78% 左右，随后又对该矿物的3个不同颗粒中15个不同点进行精确的电子探针定量分析，得到平均化学成分为(％ )；Ru58.32，Fe 16.21，Os2.71，Ir1.78，O 20.97(差减法求得)， 总量99.99%。

3.结语

综上所述，在众多的金属矿石分析方法中，电子探针分析技术(EPMA)是一种应用较早、且至今仍具有独特魅力的多元素分析技术。随着科学技术的不断发展，电子探针分析技术和其它技术的不断结合，将会使得它的应用范围日益广泛，具有非常广阔的发展空间。

【参考文献】

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