现代地球科学测试技术全册配套最完整精品课件2

1、成绩组成：成绩组成：平时成绩占平时成绩占40%：出勤课堂纪律出勤课堂纪律特别提醒：特别提醒：缺缺 3 次出勤，次出勤，不得参加期末考试和补考不得参加期末考试和补考。期末考试占期末考试占60%第一章第一章 绪绪 论论第一节第一节 引言引言 n1 1、现代科学技术进步最具代表性的六大高新技术、现代科学技术进步最具代表性的六大高新技术群：群：信息、新材料、新能源、生物、海洋和空间信息、新材料、新能源、生物、海洋和空间技术群技术群，都离不开现代分析测试技术。，都离不开现代分析测试技术。n2 2、地球科学的进步伴随着现代分析测试技术的进、地球科学的进步伴随着现代分析测试技术的进步而发展：研究手段从步而发

2、展：研究手段从宏观宏观到到微观微观，1616世纪世纪光学光学显微镜显微镜问世，问世，1919世纪世纪4040年代开始，年代开始，偏光显微镜偏光显微镜成成为地质学和矿物学家手中的强大武器，使岩石学、为地质学和矿物学家手中的强大武器，使岩石学、矿物学乃至整个地学领域面貌焕然一新，光性矿矿物学乃至整个地学领域面貌焕然一新，光性矿物学应运而生。但光学显微镜最高分辨率约为物学应运而生。但光学显微镜最高分辨率约为200nm200nm（15001500倍倍），显然，对探索微观世界是），显然，对探索微观世界是不够的。不够的。http:/ Bloch F and Purcell E M建立核磁共振的建立核磁共振

3、的测定方法测定方法1952年物理奖年物理奖；因建立分析测试方法而获得诺贝尔奖：因建立分析测试方法而获得诺贝尔奖： Martin A J P and Synge R L M发现气相色发现气相色谱分析法，谱分析法，1952年化学奖年化学奖。因建立分析测试方法而获得诺贝尔奖：因建立分析测试方法而获得诺贝尔奖： Heyrovsky J开创极谱分析法开创极谱分析法1959年年化学奖化学奖；分析方法分析方法Analytical technique化学分析方法化学分析方法Chemistry analysis仪器分析方法仪器分析方法Instrumental analysis化学分析方法化学分析方法重量分析法重

4、量分析法滴定分析法滴定分析法普通重量法普通重量法电重量法电重量法酸碱滴定法酸碱滴定法络合滴定法络合滴定法氧化还原滴定法氧化还原滴定法沉淀滴定法沉淀滴定法仪器分析方法仪器分析方法光学分析法光学分析法电化学分析法电化学分析法色谱法色谱法质谱法质谱法仪器分析与化学分析相比，有以下特点仪器分析与化学分析相比，有以下特点：（1）灵敏度高，检出限量可降低。灵敏度高，检出限量可降低。如样品用量由化学分析如样品用量由化学分析的的mL、mg级降低到仪器分析的级降低到仪器分析的 L、 g级，甚至更低。它级，甚至更低。它比较使用于微量、痕量和超痕量成分的测定。比较使用于微量、痕量和超痕量成分的测定。（2）选择性好。

5、选择性好。很多仪器分析方法可以通过选择或调整测很多仪器分析方法可以通过选择或调整测定的条件，使共存的组分测定时，相互间不产生干扰。定的条件，使共存的组分测定时，相互间不产生干扰。（3）操作简便，分析速度快，易于实现自动化。操作简便，分析速度快，易于实现自动化。（4）相对误差较大。相对误差较大。化学分析一般可用于常量和高含量成化学分析一般可用于常量和高含量成分的分析，准确度较高，误差小于千分之几。多数仪器分分的分析，准确度较高，误差小于千分之几。多数仪器分析相对误差较大，一般为析相对误差较大，一般为5%。（5）需要价格比较昂贵的专用仪器。需要价格比较昂贵的专用仪器。光谱法光谱法是以光的发射、吸收

6、和散射为基础建是以光的发射、吸收和散射为基础建立起来的分析方法，是基于物质与辐射能作立起来的分析方法，是基于物质与辐射能作用时，测量由物质内部发生量子化的能级之用时，测量由物质内部发生量子化的能级之间的跃迁而产生的发射、吸收或散射辐射的间的跃迁而产生的发射、吸收或散射辐射的波长和强度，根据光谱的波长和强度来进行波长和强度，根据光谱的波长和强度来进行定性和定量分析。按作用对象不同可分为定性和定量分析。按作用对象不同可分为原原子光谱法子光谱法和和分子光谱法分子光谱法。 原子光谱原子光谱是由原子外层或内层电子能级的变是由原子外层或内层电子能级的变化产生的，它的表现形式为化产生的，它的表现形式为线光谱

7、线光谱。原子光谱法原子光谱法原子发射光谱分析原子发射光谱分析法法原子吸收光谱分析原子吸收光谱分析法法原子荧光光谱分析原子荧光光谱分析法法X X射线荧光光谱法射线荧光光谱法 分子光谱分子光谱是由分子中电子能级、振动和转动是由分子中电子能级、振动和转动能级的变化产生的，表现形式为能级的变化产生的，表现形式为带光谱带光谱，如红外，如红外光谱法、拉曼光谱等。光谱法、拉曼光谱等。 如果按照电磁辐射和物质相互作用的结果，可以产如果按照电磁辐射和物质相互作用的结果，可以产生生发射、吸收和联合散射发射、吸收和联合散射三种类型的光谱：三种类型的光谱： 发射光谱发射光谱：物质通过激发过程获得能量，变为激发态原：物

8、质通过激发过程获得能量，变为激发态原子或分子，当从激发态过渡到低能态或基态时产生发射子或分子，当从激发态过渡到低能态或基态时产生发射光谱，通过测量物质的发射光谱的波长和强度。如光谱，通过测量物质的发射光谱的波长和强度。如X射射线荧光光谱、原子发射光谱、原子荧光光谱等；线荧光光谱、原子发射光谱、原子荧光光谱等； 吸收光谱吸收光谱：当物质所吸收的电磁辐射能与该物质的原子：当物质所吸收的电磁辐射能与该物质的原子核、原子或分子的两个能级间跃迁所需的能量时，将产核、原子或分子的两个能级间跃迁所需的能量时，将产生吸收光谱，如红外光谱法、原子吸收光谱法等；生吸收光谱，如红外光谱法、原子吸收光谱法等； Ram

9、an散射光谱散射光谱：频率为：频率为v0的单色光照射到透明物质上，的单色光照射到透明物质上，物质分子会发生散射现象。如果这种散射是光子与物质物质分子会发生散射现象。如果这种散射是光子与物质分子发生能量交换的，即不仅光子的运动方向发生变化，分子发生能量交换的，即不仅光子的运动方向发生变化，它的能量也发生变化，则称为它的能量也发生变化，则称为Raman散射。如散射。如Raman光光谱等。谱等。非光谱法非光谱法不是以光的波长为特征信号，而是不是以光的波长为特征信号，而是通过测量光的某些其他性质，如通过测量光的某些其他性质，如反射、折射、反射、折射、干涉、衍射和偏振干涉、衍射和偏振等变化建立起来的方法

10、。等变化建立起来的方法。这类方法有折射法、干涉法、这类方法有折射法、干涉法、X X射线衍射法射线衍射法和电子衍射法等。和电子衍射法等。电化学分析法电化学分析法是根据物质在溶液中和电极上的电化是根据物质在溶液中和电极上的电化学性质为基础建立起来的一种分析方法。测量时要学性质为基础建立起来的一种分析方法。测量时要将试液构成化学电池的组成部分。将试液构成化学电池的组成部分。通过测量该电池通过测量该电池的某些电参数，如电流、电阻等的变化来对物质进的某些电参数，如电流、电阻等的变化来对物质进行分析行分析。根据测量参数的不同，可分为电导分析法、。根据测量参数的不同，可分为电导分析法、电位分析法等。电位分析

11、法等。根据混合物的各组分在互不相溶的两相（称为固定根据混合物的各组分在互不相溶的两相（称为固定相和流动相）中吸附能力、分配系数或其他亲和作相和流动相）中吸附能力、分配系数或其他亲和作用的差异而建立的分离、测定方法。用的差异而建立的分离、测定方法。用气体做流动相的为用气体做流动相的为气相色谱气相色谱，用液体做流动相的，用液体做流动相的为为液相色谱液相色谱。 不动的一相，称为不动的一相，称为固定相固定相；另一相是；另一相是携带样品流过固定相的流动体，称为携带样品流过固定相的流动体，称为流动流动相相。当流动相中样品混合物经过固定相时，。当流动相中样品混合物经过固定相时，就会与固定相发生作用，由于各组

12、分在性就会与固定相发生作用，由于各组分在性质和结构上的差异，在同一推动力的作用质和结构上的差异，在同一推动力的作用下，不同组分在固定相滞留时间长短不同，下，不同组分在固定相滞留时间长短不同，从而按先后顺序从固定相中流出从而按先后顺序从固定相中流出。 试样在离子源中被电离成带电的离子，在质量试样在离子源中被电离成带电的离子，在质量分析器中按离子的质荷比分析器中按离子的质荷比m/z的大小进行分离，记的大小进行分离，记录其质谱图。根据谱线的位置（录其质谱图。根据谱线的位置（m/z数）和谱线的数）和谱线的相对强度来进行分析。相对强度来进行分析。注意：注意：联用分析技术已成为当前仪器分析的重要联用分析技

13、术已成为当前仪器分析的重要发展方向。将几种方法结合起来，特别是分发展方向。将几种方法结合起来，特别是分离方法（如色谱法）和检测方法（红外光谱、离方法（如色谱法）和检测方法（红外光谱、质谱等）的结合，汇集了各自的优点、弥补质谱等）的结合，汇集了各自的优点、弥补了各自的不知，可以更好地完成试样的分析了各自的不知，可以更好地完成试样的分析任务；任务；现代科学技术的发展，相邻学科之间相互现代科学技术的发展，相邻学科之间相互渗透，使得仪器分析中新方法层出不穷，老渗透，使得仪器分析中新方法层出不穷，老方法不断更新。方法不断更新。一一 概述概述地质样品是分析测试的对象，分析数据地质样品是分析测试的对象，分析

14、数据是研究客体的黑匣子和认识依据。是研究客体的黑匣子和认识依据。专题性研究需要熟知研究领域现状、前专题性研究需要熟知研究领域现状、前沿科学进展和学科知识渊博，又精通现沿科学进展和学科知识渊博，又精通现代实验室测试技术，善于协作的专家。代实验室测试技术，善于协作的专家。对样品的采集与选择应有周密的计划、对样品的采集与选择应有周密的计划、设想和程序，切记不了解或不明确地质设想和程序，切记不了解或不明确地质情况的盲目大量采样，盲目提出各种分情况的盲目大量采样，盲目提出各种分析项目，试图依靠测试解决或发现问题。析项目，试图依靠测试解决或发现问题。二二 采样程序和原则采样程序和原则1 1、一般采样有两种

15、方式：、一般采样有两种方式：一者按统计工程网络采样，多用于一者按统计工程网络采样，多用于生产生产性工作和大面积区域调查。性工作和大面积区域调查。另者根据研究针对性采样，按研究阶段另者根据研究针对性采样，按研究阶段分期分批渐进采样，多用于分期分批渐进采样，多用于专题研究专题研究。解决的问题要明确，找出关键问题所在解决的问题要明确，找出关键问题所在和解决问题途径；和解决问题途径；针对研究开展第一轮次采样，并获得数针对研究开展第一轮次采样，并获得数据资料，据资料，取得验证认识和新的想法思路；取得验证认识和新的想法思路；对第一轮数据处理研究基础上，确定第对第一轮数据处理研究基础上，确定第二轮次采样，二

16、轮次采样，获得应有的深化研究。获得应有的深化研究。2 2、专题性采样程序与原则、专题性采样程序与原则（1 1）问题的确定与解决）问题的确定与解决 是在区域性工作基础上，经筛选的专是在区域性工作基础上，经筛选的专门问题，是门问题，是阻碍当前研究或长期得不到阻碍当前研究或长期得不到解决的关键问题，或研究热点；解决的关键问题，或研究热点； 然后要选择然后要选择关键性的地段或构造单元关键性的地段或构造单元或地质体等或地质体等对象，进行深入研究；对象，进行深入研究；（2 2）第一轮次样品的采集与选择）第一轮次样品的采集与选择 目的在于较准确了解专项研究的基本情目的在于较准确了解专项研究的基本情况，取样标

17、准况，取样标准不在于样品数量，而要准确和不在于样品数量，而要准确和类型较齐全类型较齐全。 样品的质量要求：样品的质量要求：新鲜、无风化或污染、新鲜、无风化或污染、尽量多含所研究矿物和岩、矿石具有典型的尽量多含所研究矿物和岩、矿石具有典型的结构与构造特征，具较广泛的代表性。结构与构造特征，具较广泛的代表性。（3 3）第二轮次或多轮次样品的采集与选择）第二轮次或多轮次样品的采集与选择 在第一轮采样获得资料基础上，制定在第一轮采样获得资料基础上，制定第二轮采样计划，采样目的第二轮采样计划，采样目的为深入和系统为深入和系统研究专题问题，样品密度加大，增加专门研究专题问题，样品密度加大，增加专门性样品的

18、采集。性样品的采集。三三 专题性野外采样应注意：专题性野外采样应注意：1 1）野外应对研究客体作出初步认识和可能）野外应对研究客体作出初步认识和可能的推断，为室内研究提供基本框架；的推断，为室内研究提供基本框架；2 2）采集样品处有地质认识和齐全资料，确）采集样品处有地质认识和齐全资料，确保样品的准确；保样品的准确； 3 3）对样品详细野外编录，素描与照相；）对样品详细野外编录，素描与照相； 4 4）对样品研究制定计划，提出测试具体）对样品研究制定计划，提出测试具体要求；要求； 5 5）同时对样品显微镜下鉴定。）同时对样品显微镜下鉴定。 采样和样品的委送是一门专业研究的采样和样品的委送是一门专

19、业研究的艺术，需要对地质体宏观、微观观察的基艺术，需要对地质体宏观、微观观察的基础上，精心细致综合安排，更要经验的支础上，精心细致综合安排，更要经验的支撑和对学科前沿发展的熟知撑和对学科前沿发展的熟知。 1 1、分解的目的、分解的目的 在于将试样中的待测组分全部转变为在于将试样中的待测组分全部转变为适于测定的状态。适于测定的状态。如：使测定组分以可如：使测定组分以可溶性盐的形式进入溶液，或者使其保留溶性盐的形式进入溶液，或者使其保留在沉淀之中，从而与某些其他组分分离；在沉淀之中，从而与某些其他组分分离；有时也以气体形式将待测组分导出有时也以气体形式将待测组分导出。2 2、分解方法、分解方法 水

20、溶、水溶、酸溶酸溶、半熔半熔、熔融熔融、燃烧及升华等法。、燃烧及升华等法。 酸溶法分为酸溶法分为敞开酸溶法和封闭酸溶法敞开酸溶法和封闭酸溶法，不同，不同酸的适当组合已成功地用于大多数类型样品的分酸的适当组合已成功地用于大多数类型样品的分解。解。 常用的有三种：常用的有三种：酸溶、熔融和半熔三种酸溶、熔融和半熔三种，熔熔融法融法对于难溶矿物和岩石的分解尤为有效对于难溶矿物和岩石的分解尤为有效。 熔融法熔融法是一种分解效率很高的分解方法。是一种分解效率很高的分解方法。熔融过程将原来不易溶的样品转变成可溶于熔融过程将原来不易溶的样品转变成可溶于水或酸的物质。该法主要靠高温下固体与熔水或酸的物质。该法

21、主要靠高温下固体与熔剂间发生的多相反应。剂间发生的多相反应。 其主要缺点是其主要缺点是要求使用相当过量的熔剂，要求使用相当过量的熔剂，试剂本身的杂质连同坩埚等被腐蚀下来的杂试剂本身的杂质连同坩埚等被腐蚀下来的杂质会严重污染分析溶液。质会严重污染分析溶液。分解过程中可能引起的系统误差来源主要有：分解过程中可能引起的系统误差来源主要有：1 样品粉碎，过筛和混合时所用的设备样品粉碎，过筛和混合时所用的设备 可以使用玛瑙研磨装置和使用尼龙筛网，一可以使用玛瑙研磨装置和使用尼龙筛网，一般要求样品的粒度为般要求样品的粒度为200目目(75m)2 实验室环境和消解装置实验室环境和消解装置 一般多采用一般多采

22、用PTFE（聚四氟乙烯）的消（聚四氟乙烯）的消 解容器解容器3 样品分解时所用的分析试剂样品分解时所用的分析试剂 所用的酸往往需要进一步提纯所用的酸往往需要进一步提纯3 3、对试样分解的一般要求、对试样分解的一般要求 试样分解完全试样分解完全正确进行分析的先正确进行分析的先决条件。决条件。 待测组分不应有损失待测组分不应有损失。 不能引入含有待测组分的物质不能引入含有待测组分的物质。 不应引入干扰待测组分的物质不应引入干扰待测组分的物质。 4 4、加速分解样品的途径、加速分解样品的途径 试样粒度应尽量细，熔（溶）剂用量应充分。试样粒度应尽量细，熔（溶）剂用量应充分。 提高分解温度。提高分解温度

23、。 延长分解时间。延长分解时间。 搅拌。搅拌。 增压分解。增压分解。 注意：注意：没有也不可能有适用于任何情况和目的的没有也不可能有适用于任何情况和目的的“万能万能”分解方法。这就要求我们必须熟悉各种溶分解方法。这就要求我们必须熟悉各种溶（熔）剂的性质，有关的化学反应特性，了解各种分（熔）剂的性质，有关的化学反应特性，了解各种分解容器材料的组成和性能，掌握各种分解方法。解容器材料的组成和性能，掌握各种分解方法。 一一 准确度与精密度准确度与精密度1 准确度与误差准确度与误差 分析结果的准确度分析结果的准确度是指测定结果是指测定结果与真实值与真实值之间相符之间相符的程度，两者差值越小，则分析结果

24、准确度越高，准的程度，两者差值越小，则分析结果准确度越高，准确度的高低用误差来衡量。误差又可分为确度的高低用误差来衡量。误差又可分为绝对误差绝对误差和和相对误差相对误差两种，其表示方法如下：两种，其表示方法如下： 绝对误差绝对误差= 相对误差相对误差=（）/ 100% 2 2 精密度与偏差精密度与偏差 分析结果的精密度分析结果的精密度是指多次平行测定结果相是指多次平行测定结果相互接近的程度。精密度的高低用偏差来衡量。互接近的程度。精密度的高低用偏差来衡量。偏偏差小，表示测定结果的重现性好，即各测定值之差小，表示测定结果的重现性好，即各测定值之间比较接近，精密度高。间比较接近，精密度高。 3 3

25、 准确度与精密度之间的关系准确度与精密度之间的关系 准确度是表示测定结果与真实值相符的程度，准确度是表示测定结果与真实值相符的程度，而精密度是表示测定结果的重现性。而精密度是表示测定结果的重现性。由于真实值由于真实值是不知道的，因此常常根据测定结果的精密度来是不知道的，因此常常根据测定结果的精密度来衡量分析结果的好坏，但是精密度高的测定结果，衡量分析结果的好坏，但是精密度高的测定结果，不一定准确的。不一定准确的。二二 分析测试中的误差分析测试中的误差1 1 系统误差系统误差 系统误差系统误差又称可测误差，它是由于分析测又称可测误差，它是由于分析测试过程中某些经常发生的比较固定的原因所造试过程中

26、某些经常发生的比较固定的原因所造成的，它决定测定结果的准确度。成的，它决定测定结果的准确度。 它最重要的性质是具有单向性，即误差的它最重要的性质是具有单向性，即误差的大小及其符号在同一试验中是恒定的，当重复大小及其符号在同一试验中是恒定的，当重复测定时会重复出现，若能发现系统误差产生的测定时会重复出现，若能发现系统误差产生的原因，就可以设法避免和校正。原因，就可以设法避免和校正。系统误差产生的主要原因系统误差产生的主要原因（1 1）仪器误差）仪器误差 仪器误差来源于仪器本身不够精确；长期使仪器误差来源于仪器本身不够精确；长期使用造成磨损引起仪器精密度下降；仪器未调整到最佳状态；用造成磨损引起仪

27、器精密度下降；仪器未调整到最佳状态；器皿未经校正等。器皿未经校正等。（2 2）试剂误差）试剂误差 试剂误差来源于试剂不纯和蒸馏水中含在微试剂误差来源于试剂不纯和蒸馏水中含在微量杂质，这些都会带来误差。量杂质，这些都会带来误差。（3 3）方法误差）方法误差 这种误差是由于分析方法本身不够完善所造这种误差是由于分析方法本身不够完善所造成的。例如滴定分析中反应不完全或者有副反应。重量分成的。例如滴定分析中反应不完全或者有副反应。重量分析中沉淀的溶解、共沉淀等，都会系统地使分析结果偏高析中沉淀的溶解、共沉淀等，都会系统地使分析结果偏高或偏低。或偏低。（4 4）主观误差）主观误差 主观误差是由于操作人员

28、的主观原因造成的。主观误差是由于操作人员的主观原因造成的。如对终点颜色的辨别不同，或者偏浅，或者偏深。又如后如对终点颜色的辨别不同，或者偏浅，或者偏深。又如后一次读数受到前一次读数的影响，希望两次测定获得相同一次读数受到前一次读数的影响，希望两次测定获得相同或相近的结果。或相近的结果。2 2 随机误差随机误差 随机误差随机误差是由于在测定过程中一系列的有关是由于在测定过程中一系列的有关因素微小的随机波动而形成的具有相互抵偿性的因素微小的随机波动而形成的具有相互抵偿性的误差，它决定测定结果的精密度误差，它决定测定结果的精密度。 随机误差有时大，有时正，有时负，随着测随机误差有时大，有时正，有时负

29、，随着测定次数的增加，正负误差相互抵偿，误差平均值定次数的增加，正负误差相互抵偿，误差平均值趋向于零。因此，多次测定平均值的随机误差比趋向于零。因此，多次测定平均值的随机误差比单次测定值的随机误差小。单次测定值的随机误差小。 由于随机误差的形成取决于测定过程中一系由于随机误差的形成取决于测定过程中一系列随机因素，这些因素是操作者无法严格控制的，列随机因素，这些因素是操作者无法严格控制的，因此，随机误差是无法避免的，但分析工作者可因此，随机误差是无法避免的，但分析工作者可以设法将其大大减小，但不可能完全消除以设法将其大大减小，但不可能完全消除。3 3 过失误差过失误差 过失误差过失误差是指工作中

30、的差错，是由于工作上粗是指工作中的差错，是由于工作上粗枝大叶，不按操作规程办事等原因造成的。例如枝大叶，不按操作规程办事等原因造成的。例如器皿不洁净，试液损失，加错试剂，看错砝码，器皿不洁净，试液损失，加错试剂，看错砝码，记录及计算错误等等，这些都属于不应有的过失，记录及计算错误等等，这些都属于不应有的过失，会对分析结果带来严重影响，必须注意避免。会对分析结果带来严重影响，必须注意避免。 为此，在学习过程中必须养成严格遵守操为此，在学习过程中必须养成严格遵守操作规程，耐心细致地进行实验良好习惯，培养实作规程，耐心细致地进行实验良好习惯，培养实事求是，严肃认真，一丝不苟的科学态度。若发事求是，严

31、肃认真，一丝不苟的科学态度。若发现错误的测定结果，应予剔除，不能用于计算平现错误的测定结果，应予剔除，不能用于计算平均值。均值。选择适当的分析方法选择适当的分析方法 各种分析方法的准确度和灵敏度是不同的，各种分析方法的准确度和灵敏度是不同的，要根据实际工作的具体情况和要求来选择分析方要根据实际工作的具体情况和要求来选择分析方法。法。用标准样品对照用标准样品对照减小测量误差减小测量误差增加平行测定次数，减小随机误差增加平行测定次数，减小随机误差 平行测定次数越多，平均值越接近真实值。平行测定次数越多，平均值越接近真实值。三三 提高分析结果准确度的方法提高分析结果准确度的方法 正式数据的使用和公开

32、发表，正式数据的使用和公开发表，应注应注明测试单位和分析仪器名称与型号，分明测试单位和分析仪器名称与型号，分析方法等。析方法等。小结：小结：科学工作者必须掌握相应的现代分析手段，全面发展，才科学工作者必须掌握相应的现代分析手段，全面发展，才能成功发展。能成功发展。现代科学技术的发展要求我们从事科学研究的工作者跟上现代科学技术的发展要求我们从事科学研究的工作者跟上时代的步伐，尽可能多的了解和掌握现代测试分析技术，时代的步伐，尽可能多的了解和掌握现代测试分析技术，为科研工作服务。为科研工作服务。任何一种分析仪器，只有当其满足分析对象的具体需要时，任何一种分析仪器，只有当其满足分析对象的具体需要时，

33、才可能得到有效的应用；同时，人们在选择分析手段时，才可能得到有效的应用；同时，人们在选择分析手段时，是否熟悉某种技术，也必然是首选条件之一。是否熟悉某种技术，也必然是首选条件之一。在现实中，往往出现分析工作者因不熟悉仪器而产生方法在现实中，往往出现分析工作者因不熟悉仪器而产生方法上的错误，而仪器工作者因不了解使用者的思路和要求，上的错误，而仪器工作者因不了解使用者的思路和要求，而造成解释上的谬误。而造成解释上的谬误。 因此，不能在自己本专业闭关自因此，不能在自己本专业闭关自守，应互相学习、渗透，掌握相应的现代分析方法，跟上守，应互相学习、渗透，掌握相应的现代分析方法，跟上时代的步伐。时代的步伐

34、。“特别勉励大家做科研时一定要特别勉励大家做科研时一定要注意方法的创新。在竞争激烈的注意方法的创新。在竞争激烈的现在，往往技术上的突破，测试现在，往往技术上的突破，测试水平更为精确，就能发现新现象，水平更为精确，就能发现新现象，解决新问题。解决新问题。” 第二章第二章 X射线荧光光谱射线荧光光谱-全岩全岩主量元素分析主量元素分析光谱法光谱法是以光的是以光的发射、吸收和散射发射、吸收和散射为基础建为基础建立起来的分析方法，根据光谱的波长和强度立起来的分析方法，根据光谱的波长和强度来进行定性和定量分析。来进行定性和定量分析。非光谱法非光谱法不是以光的波长为特征信号，而是不是以光的波长为特征信号，而

35、是通过测量光的某些其他性质，如通过测量光的某些其他性质，如反射、折射、反射、折射、干涉、衍射和偏振干涉、衍射和偏振等变化建立起来的方法。等变化建立起来的方法。这类方法有这类方法有折射法、干涉法、折射法、干涉法、X X射线衍射法射线衍射法等。等。X射线的认识阶段：射线的认识阶段：X射线分析主要应用在以下三个方面：射线分析主要应用在以下三个方面：1 以以X射线照射后在晶体中产生衍射和散射现象来研究物相结构的射线照射后在晶体中产生衍射和散射现象来研究物相结构的X射线衍射分析射线衍射分析；2 以被照元素产生特征以被照元素产生特征X射线来研究物相化学成分的射线来研究物相化学成分的X射线荧光分析射线荧光分

36、析；3 以被照元素对以被照元素对X射线吸收来探测物相貌相的射线吸收来探测物相貌相的X射线透视分析射线透视分析。 1 X射线的产生及其特点射线的产生及其特点2 X射线荧光分析的原理射线荧光分析的原理3 X射线荧光分析法的特点射线荧光分析法的特点4 X射线荧光光谱仪器的结构射线荧光光谱仪器的结构5 XRF定量分析方法定量分析方法六六 分析样品的制备分析样品的制备一一 X X射线的产生及其特点射线的产生及其特点1 X射线的产生射线的产生阴级阴级阳级阳级+-X-radiationMicrowavesg g-radiationUVIRRadio waves10-6 10-3 1 103 106 109

37、1012Wavelength(nm)可见光可见光微波微波无线电波无线电波在电磁波谱中，在电磁波谱中，X射线的波长范围约为射线的波长范围约为 0.01 nm 到到 10 nm，相当于可见光波长的，相当于可见光波长的 10万分之一万分之一 到到 50 分之一分之一 。 由于电子在与原子碰撞时由于电子在与原子碰撞时的能量损失是一个随机过程，的能量损失是一个随机过程，影响的因素有：碰撞的次数，影响的因素有：碰撞的次数，电子的飞行方向，管内的残留电子的飞行方向，管内的残留气体等。因此我们得到的是具气体等。因此我们得到的是具有各种不同能量（波长）的电有各种不同能量（波长）的电磁波所组成的连续的磁波所组成的

38、连续的X射线谱。射线谱。从从X射线管辐射出的射线管辐射出的X射线光谱分为两种：射线光谱分为两种：连续光谱的总强度为：连续光谱的总强度为： I=KiZU2 其中：其中：K为比例常数，为比例常数，Z为靶材料的原子序数，为靶材料的原子序数，i为为X光管电流，光管电流，U为加速电压。为加速电压。因此，因此，靶材的原子序数越大，靶材的原子序数越大，X光管的管压（一光管的管压（一般为般为50100kv）越高，则连续谱强度越大。）越高，则连续谱强度越大。在在X射线荧光分析中，一般以连续射线荧光分析中，一般以连续X射线作为激发射线作为激发源。源。这是因为这是因为X射线的强度存在连续分布的形式，适射线的强度存在

39、连续分布的形式，适合于周期表上所有元素的各个谱系的激发。合于周期表上所有元素的各个谱系的激发。劳厄斑劳厄斑Laue spotsX射线射线X-ray晶体晶体crystal劳厄斑劳厄斑Laue spots19141914年获诺贝尔年获诺贝尔物理学奖物理学奖u具有很强的穿透能力，能使照片感光，空气电离具有很强的穿透能力，能使照片感光，空气电离。2 X射线的特点射线的特点l它可以使气体电离，产生电离效应；它可以使气体电离，产生电离效应；l当光子能量进一步升高，将与被照射物原子当光子能量进一步升高，将与被照射物原子的内层电子相碰撞，使其激发并形成空位，导的内层电子相碰撞，使其激发并形成空位，导致电子重排

40、，产生二次致电子重排，产生二次X射线，即射线，即荧光荧光X射线射线。此为此为X射线荧光分析的基础。射线荧光分析的基础。l若被照射物原子内层电子空位，被外层电子若被照射物原子内层电子空位，被外层电子填补后，其多余的能量不以填补后，其多余的能量不以X射线的形式放出，射线的形式放出，而是传递给其余外层电子，使之脱离原子本身。而是传递给其余外层电子，使之脱离原子本身。即即俄歇效应俄歇效应。X射线与物体碰撞将使前进方向发生改变而射线与物体碰撞将使前进方向发生改变而产生散射现象，可分为产生散射现象，可分为相干散射相干散射（能量不变）（能量不变）和和非相干散射非相干散射（能量变小）（能量变小）X射线穿过被照

41、物体时，射线穿过被照物体时，因为散射、光电效应和因为散射、光电效应和热损耗的影响，出现强热损耗的影响，出现强度衰减的现象称为度衰减的现象称为X射线射线的吸收。的吸收。二二 X射线荧光分析的原理射线荧光分析的原理1 X射线荧光的产生射线荧光的产生 如图所示，如图所示， 当入射当入射X射线使射线使K层电子激发生成光电子后，层电子激发生成光电子后，L层电子落层电子落入入K层空穴，以辐射形式释放出来的能量为层空穴，以辐射形式释放出来的能量为E=EK-EL，产，产生的生的K射线就是荧光射线就是荧光X射线。射线。根据测得的根据测得的X射线荧光的波长，射线荧光的波长，可以确定某元素的存在，根据谱线的强度可以

42、测定其含量。可以确定某元素的存在，根据谱线的强度可以测定其含量。这就是这就是X射线荧光分析法的基础。射线荧光分析法的基础。19151915年布喇格父子获诺贝尔物年布喇格父子获诺贝尔物理学奖，小布喇格当年理学奖，小布喇格当年2525岁，岁，是历届诺贝尔奖最年轻的得主。是历届诺贝尔奖最年轻的得主。 1912年，英国物理学家布喇格年，英国物理学家布喇格父子提出父子提出 X射线在晶体上衍射射线在晶体上衍射的一种简明的理论解释的一种简明的理论解释-布喇布喇格定律，又称布喇格条件。格定律，又称布喇格条件。)3 . 2 . 1(nndsin2荧光荧光X射线的波长随着射线的波长随着元素原子数的增加元素原子数的

43、增加有有规律地向规律地向波长变短波长变短方向移动，方向移动，Moseley根据谱线根据谱线移动的规律，建立了移动的规律，建立了X射线波长与元素原子系数射线波长与元素原子系数关系的定律。即：关系的定律。即：（1/）1/2 =K（Z-S） X射线荧光定性分析的基础射线荧光定性分析的基础三三 X射线荧光分析法的特点射线荧光分析法的特点1 1、类型、类型 四四 X射线荧光光谱仪器的结构射线荧光光谱仪器的结构X射线荧光光谱仪器的结构：射线荧光光谱仪器的结构：（1 1）X X射线激发源射线激发源五五 XRF定量分析方法定量分析方法定量分析方法：定量分析方法：经基体效应校正后的校准曲线经基体效应校正后的校准

44、曲线I kcpsC %Measured intensitiesCorrected intensities增量法增量法：缺少标样可利用增量法，即在未知样品中填加一定量的分析元素或分析元素物质，据缺少标样可利用增量法，即在未知样品中填加一定量的分析元素或分析元素物质，据含量与强度变化求得分析值含量与强度变化求得分析值测定样品产生测定样品产生X X射线荧光强度，可同标样射线荧光强度，可同标样X X射线强度对比分析，提高分析速度与精密度射线强度对比分析，提高分析速度与精密度六六 分析样品的制备分析样品的制备样品粉碎样品粉碎200200目左右目左右称量称量0.6g熔融熔融1000-1300 ，3-10m

45、in玻璃熔片玻璃熔片加助加助熔剂熔剂熔剂的选择熔剂的选择分析试样能很快地完全熔解于熔剂中；分析试样能很快地完全熔解于熔剂中；熔融物容易从坩埚中取出或倒出，剥离性好；熔融物容易从坩埚中取出或倒出，剥离性好；熔剂中不应含有待测元素或干扰元素熔剂中不应含有待测元素或干扰元素常用熔剂：常用熔剂：Li2B4O7等等 坩埚的选择坩埚的选择常用坩埚：铂金坩埚常用坩埚：铂金坩埚 Pt-Au坩埚和熔剂间具有良好的剥离形成，在加坩埚和熔剂间具有良好的剥离形成，在加入少量入少量KBr或或KI等，可进一步改善其剥离性能。等，可进一步改善其剥离性能。第二章第二章 电子探针（电子探针（EMPA）-矿矿物主量元素分析物主量

46、元素分析微区分析技术微区分析技术 使用聚焦的具有一定能量的微电子使用聚焦的具有一定能量的微电子束、微离子束、微光束或其他微粒子束、微离子束、微光束或其他微粒子束作为激发源来激发样品的微区而产束作为激发源来激发样品的微区而产生各种信息，并对这些信息加以探测、生各种信息，并对这些信息加以探测、收集、甄别从而得到样品微区成分、收集、甄别从而得到样品微区成分、结构以及形貌等特征，即称为结构以及形貌等特征，即称为微区分微区分析技术。析技术。主要内容主要内容一、电子探针分析概述一、电子探针分析概述二、电子探针的基本原理二、电子探针的基本原理三、电子探针仪的结构三、电子探针仪的结构四、电子探针分析的应用四、

47、电子探针分析的应用五、样品制备与操作事宜五、样品制备与操作事宜一、电子探针分析概述一、电子探针分析概述东华理工大学东华理工大学 电子探针（电子探针（JXA-8100）电子束微区分析技术电子束微区分析技术指的是以细聚焦电子束为激发源，进行物质指的是以细聚焦电子束为激发源，进行物质组分和物体表面形态分析的物理测试手段。组分和物体表面形态分析的物理测试手段。代表性仪器有代表性仪器有电子探针电子探针和和电子显微镜电子显微镜。 电子探针电子探针是电子探针是电子探针X射线显微分析仪射线显微分析仪(Electron Probe X-ray Micro-Analyzer，EPMA)的简称的简称,是运用电子所形

48、成的探测针是运用电子所形成的探测针(细电子束细电子束)作为作为X射线的激发源来进行显微射线的激发源来进行显微X射线分析的设备。射线分析的设备。电子显微镜电子显微镜(Electron Microscope)包括扫描包括扫描电电子显微镜（子显微镜（Scanning Electron Microscope，SEM)和透射电子显微镜和透射电子显微镜(TransmissionElectron Microscope，TEM)。电子探针和电子显微镜电子探针和电子显微镜两种仪器都具有两种仪器都具有组分和形态分析组分和形态分析的功能，只的功能，只不过是它们的性能各有所侧重。不过是它们的性能各有所侧重。电子探针电

49、子探针主要侧重于元素的定性、定量分析主要侧重于元素的定性、定量分析方面的物质组分的研究方面的物质组分的研究电子显微镜电子显微镜则侧重于物体表面形态的分析和则侧重于物体表面形态的分析和研究研究电子探针电子探针测试功能较全，样品需磨制较平测试功能较全，样品需磨制较平的薄片、光片，分析时电子束与样品垂的薄片、光片，分析时电子束与样品垂直，可进行定性直，可进行定性-定量分析，背散射、定量分析，背散射、二次电子图象。二次电子图象。扫描电子显微镜简介扫描电子显微镜简介(scanning electron microscope) 扫描电子显微镜（扫描电子显微镜（SEM）的出现要比电子探针）的出现要比电子探针

50、早得多，可以说正因为有了扫描电镜，才有了电早得多，可以说正因为有了扫描电镜，才有了电子探针。子探针。1935年，年，Knoll首次提出扫描电镜的基本首次提出扫描电镜的基本原理。第一台扫描电镜的试制品出现于原理。第一台扫描电镜的试制品出现于1938年，年，但第一台商品化扫描电镜是英国剑桥仪器公司生但第一台商品化扫描电镜是英国剑桥仪器公司生产的产的“立体扫描立体扫描(stereoscan)电子显微镜电子显微镜”，分辨，分辨率为率为50nm，出现于，出现于1965年。年。扫描电镜扫描电镜电子探针电子探针电子探针仪分析特性电子探针仪分析特性：1、综合了电子显微镜和、综合了电子显微镜和X射线荧光光谱分析

51、射线荧光光谱分析的技术；的技术；2、可对试样微区测定，分析原子序数、可对试样微区测定，分析原子序数4-92的的元素；元素；3、分析区域小、分析区域小-微区分析，一般是几个微米，微区分析，一般是几个微米，既可以进行单点微区分析，又可以给出元素既可以进行单点微区分析，又可以给出元素在线上、面上的分布状态；在线上、面上的分布状态；4、灵敏度高，绝对感量在、灵敏度高，绝对感量在10-12-10-14g；5、不破坏样品，制样简单，分析速度快，结、不破坏样品，制样简单，分析速度快，结果直观；果直观；6、还可以对样品的物质表面形态、结构构造、还可以对样品的物质表面形态、结构构造进行形貌分析；进行形貌分析；7

52、、仪器具备了定性（能谱仪分析）和定量、仪器具备了定性（能谱仪分析）和定量（波谱）分析；（波谱）分析；8、分析速度快，常规分析时，能谱、分析速度快，常规分析时，能谱12min，波谱波谱520min；9、准确度高，主量元素的相对误差在、准确度高，主量元素的相对误差在12%。电子探针的分析功能电子探针的分析功能图像功能：图像功能：可以利用电子探针进行多种图像观察，如可以利用电子探针进行多种图像观察，如二次电子像、背散射电子成像、背散射电子形貌像、二次电子像、背散射电子成像、背散射电子形貌像、电子隧道图像电子隧道图像定性分析：定性分析：确定某一点所含的全部化学元素及相对含量确定某一点所含的全部化学元素

53、及相对含量定量分析：定量分析：确定某一点精确的化学成分确定某一点精确的化学成分线分析：线分析：某一线段内某元素或某些元素的含量变化某一线段内某元素或某些元素的含量变化面分析：面分析：某一区域内某元素或某些元素的含量变化，可某一区域内某元素或某些元素的含量变化，可以反映元素的赋存形态以反映元素的赋存形态物相分析：物相分析：准确反映某一区域内物相的种类及分布情况准确反映某一区域内物相的种类及分布情况电子价态分析：电子价态分析：可以定性地反映同一元素的不同价态可以定性地反映同一元素的不同价态电子探针主体结构图电子探针主体结构图电子枪电子枪试样室试样室1、电子光学系统、电子光学系统 主要作用是产生一直

54、径为主要作用是产生一直径为100埃到几百微米的高速电子束，埃到几百微米的高速电子束，使之轰击样品产生各种信息，以供分析。使之轰击样品产生各种信息，以供分析。电子枪：产生具有足够亮度和速度的电子束。电子枪：产生具有足够亮度和速度的电子束。电磁透镜：分聚光镜和物镜。电磁透镜：分聚光镜和物镜。聚光镜是控制束流和缩小电子聚光镜是控制束流和缩小电子束的直径，使电子枪发射出来的直径为束的直径，使电子枪发射出来的直径为20-50微米的电子束微米的电子束缩小成几十分之一至一百几十分之一。缩小成几十分之一至一百几十分之一。物镜也可将电子束物镜也可将电子束缩小，但主要是调节电子束的焦距，使之聚焦于样品上。缩小，但

55、主要是调节电子束的焦距，使之聚焦于样品上。扫描线圈、光阑和消象散器：扫描线圈、光阑和消象散器：扫描线圈能使电子束在样品表扫描线圈能使电子束在样品表面进行扫描，面进行扫描，电子束可在样品表面电子束可在样品表面X、Y轴方向进行面扫描轴方向进行面扫描和线扫描和线扫描。光阑的作用是用于挡住部分电子束，使电子束光阑的作用是用于挡住部分电子束，使电子束的直径变小，同时亦可减少电子束的色差。的直径变小，同时亦可减少电子束的色差。消象散器用于消象散器用于电子束的象散调节，以获得图象。电子束的象散调节，以获得图象。2、样品台又叫样品室，放置测试样品和标准测试样，可在又叫样品室，放置测试样品和标准测试样，可在X、

56、Y、Z三轴方向调节，选择待测微区。三轴方向调节，选择待测微区。东华理工大学东华理工大学 电子探针（电子探针（JXA-8100）3、光学显微镜用来寻找选择待测矿物和微区，一般在常规显微镜用来寻找选择待测矿物和微区，一般在常规显微镜下圈定好待测矿物或区域。下圈定好待测矿物或区域。4、晶体分光系统 对样品发射的特征对样品发射的特征X射线进行检测，一般有射线进行检测，一般有2-4块分块分光晶体供选用光晶体供选用5、真空系统 为减少空气对为减少空气对X射线的吸收，工作时电子显微镜和射线的吸收，工作时电子显微镜和样品室应处于高真空状态样品室应处于高真空状态6、放大与记录系统 检测器输出信号送入放大器及信号

57、处理系统，最后检测器输出信号送入放大器及信号处理系统，最后打印出各元素含量打印出各元素含量电子探针分析的基本原理电子探针分析的基本原理 由电子枪发射出来的电子束通常以由电子枪发射出来的电子束通常以10kV -30kV 的加速电压赋以很高的能量，然后通的加速电压赋以很高的能量，然后通过电磁透镜聚焦成直径小于过电磁透镜聚焦成直径小于lm的微束，以的微束，以此作为激发源轰击样品待分析微区，在样此作为激发源轰击样品待分析微区，在样品表面几个立方微米的范围内产生品表面几个立方微米的范围内产生特征特征X射射线、二次电子、背散射电子线、二次电子、背散射电子等。等。 当加速电子轰击样品表面时，电子与元素的当加

58、速电子轰击样品表面时，电子与元素的原子核和外层电子发生单次或多次的弹性与原子核和外层电子发生单次或多次的弹性与非弹性碰撞，有一些电子被反向散射出样品非弹性碰撞，有一些电子被反向散射出样品表面，其余的渗入样品，逐渐失去其动能，表面，其余的渗入样品，逐渐失去其动能，最后被阻止，并被样品吸收。最后被阻止，并被样品吸收。连续和特征连续和特征X射线射线俄歇电子俄歇电子1. X射线射线根据特征根据特征X射线的波长（或能量）进行射线的波长（或能量）进行元素定性分析元素定性分析-告诉你，告诉你，有什么元素有什么元素根据特征根据特征X射线的强度进行元素定量分射线的强度进行元素定量分析析-告诉你，告诉你，元素的相

59、对含量元素的相对含量是多少是多少背散射电子背散射电子2、背散射电子、背散射电子 锆石中锆石中U、Th含量的微弱变化导致其背散射含量的微弱变化导致其背散射电子像的差别电子像的差别背散射电子成分像背散射电子成分像 背散射图像背散射图像二次电子二次电子3、二次电子、二次电子图像功能图像功能二次电子像二次电子像(SEI, Secondary ElectronImage)背散射电子像背散射电子像(BEI, Back-scatteredElectron Image)诸广印支期诸广印支期花岗岩中含花岗岩中含铀矿物的二铀矿物的二次电子图次电子图阴极发光（阴极发光（CL，Cathodoluminescence)

60、（1）电子探针定性分析）电子探针定性分析 1913年，年，Moseley发现，特征发现，特征X射线的频率射线的频率与发射与发射X射线的原子的原子序数平方之间存在射线的原子的原子序数平方之间存在线性关系，根据线性关系，根据Moseley定律，通过测定特征定律，通过测定特征X射线的波长，即可确定样品中含有哪些元素，射线的波长，即可确定样品中含有哪些元素，这就是电子探针定性分析这就是电子探针定性分析波谱定性分析波谱定性分析基本原理：基本原理：在电子束的轰击下，样品产生在电子束的轰击下，样品产生组成元素的特征组成元素的特征x x射线，然后由谱仪的分光射线，然后由谱仪的分光晶体分光，计数管接收并转变成脉