ESR在地质测年中的应用研究

ESR在地质测年中的应用研究

常用的年代测定方法有钾-氩稀释法、¹⁴C法、U系法、热释光法和裂变径迹法等。每一样方法在可测范围及可测样的种类上都有一定的局限性，或者说各有其前提条件，都有一些年代学上的问题有待解决。如¹⁴C法测年最大范围约为5-6万年以内，U系法、裂变径迹法、热释光法等对样品适应性要求严格；古地磁法又不是一种直接测年手段等等。面对这些问题，出现新的方法是必然趋势。

近年来，一种测定第四纪年代的新方法-电子自旋共振法（Electron Spin Resonance，ESR）得到广泛应用。它的年代测定范围为10³~10⁶年，还可能对某些物质，如石英（纯材料）达到10⁷年。目前对20多种材料（如方解石、锆石、磷灰石、石英、碳酸盐、硅酸盐类、火山岩）、不同种类的化石（如动物牙齿、骨骼、贝壳、蚌类、珊瑚和有孔虫等）、洞穴沉积物（钟乳石、石笋）和干旱湖湘石膏、断层泥等年代测定进行了研究，并取得了十分有意义的结果。

Westaway等人通过ESR方法针对牙釉质-牙本质结合形态及牙釉质厚度等做了哺乳动物牙齿的ESR研究来确定了Sumatra地区73000-63000年前现代人类的存在。该研究为重新评估现代人类从非洲传播的时机和环境背景提供了可靠证据，对考古方面的地质研究具有重要意义。

图1. 牙齿化石与岩洞中地质形貌

ESR方法是目前第四纪年代测定中有发展前途的新方法，具有较大的潜力和广阔的前景。为第四纪年代测定研究增添了活力。

参考文献：

[1] K. E. Westaway, J. Louys, R. Due Awe et al. An early modern human presence in Sumatra 73,000–63,000 years ago. [J] Nature. 2017, 23452, 322?325.

文章中使用的德国Magnettech公司的MS 5000X顺磁波谱仪，该仪器拥有快捷简便准确的定量测试方法和完善的数据处理和分析系统，它还具有小巧轻便灵活的特点，为科研工作者带来便捷。

德国美嘉特电子顺磁共振波谱仪—MiniSpcope MS 5000/5000X

MiniSpcope MS 5000/5000X系列电子自旋共振波谱仪结合了最先进的电子技术以及磁场和谐振腔工程应用的拓展经验，实现了两倍以上的信噪比的提升，具有出色的灵敏度和磁场稳定性，是理想的微型波谱仪。

该仪器的应用对象主要是含有未成对电子的物质，可用于检测顺磁体的磁化率，辐照损伤和辐照效应，研究酶反应动力学以及细胞组织中自由基与疾病的关系等。

应用领域

生命科学                          化学领域                       环境领域

氮氧化物（NO）监测、         催化机理、催化剂催化效              大气颗粒物（PM2.5）、芬

活性氧（ROS）、酶活性、      率、化学反应动力学、聚              顿反应、污水处理氧化机

蛋白质结构、活体组织          合反应机理、氧化还原过              理、固废当中持久性自由

和体液中的自由基、            程、过渡金属氧化态及配              基

致癌反应                      位结构 

生物领域                          丙氨酸剂量测定                  材料领域

血氧测试、细胞膜的流动             丙氨酸片剂或薄膜，可用             材料缺陷、掺杂、涂料和

性、微环境的PH值、粘              于食品检测、新型材料及              聚合物的光老化、高分子

度和相分配等                       核电站等                            性能、单晶缺陷、激光材

                                                                       料有机导体、磁性材料的

                                                                       性质

饮料和食品                        工业领域                         化妆品

食品的抗氧化性、食品中              放射量测定、受辐射高分              自由基防护系数，面霜、

的自由基、辐照形成自由              子中的自由基检测、高级              洗发水的紫外线防护功

基、啤酒保质期预测、植              光学玻璃的质量控制、汽              效

植物油的新鲜性                      车涂料的抗氧化、烟草过

                                    滤嘴的过滤功效

应用案例---地质领域

1）测定断层活动年龄，第四纪冰川沉积物定年，石英Al，Ti，Ge心信号检测，石英脉结晶年龄测定，贝壳，考古遗址以及人类遗骸的年代测定等。

          石英样品                                                          贝壳化石

      重晶石样品                                                      牙齿样品

2）研究矿物中微量杂质的分布状态或存在形式；研究成岩成矿作用，判断矿物和矿物组合的成因归属，判断岩石所经历的改造作用，探讨某些矿床的物质来源；研究不同地质作用中微量离子的分布规律；有机地化和石油地质的研究，例如煤的演化程度。

ESR测年优势

1）年代测定范围广

2）可检测材料种类繁多

3）ESR灵敏度高，操作简单

ESR测年相关附件

1）X-ray辐照仪

应用于剂量研究/材料研究/食物辐照/释光测年/ESR测年

可连接MS 5000 ESR光谱仪和lexsyg TL/OSL阅读器

2）自动进样单元

全自动批量辐照与检测、方便、快捷

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