陨石矿物元素仪

自然界中存在着五颜六色的宝石矿物晶体。目前为止，国际矿物学会认可的矿物种类超过了5000种，而这其中具有吸引力和价值的可被用作珠宝或装饰之用的矿物被称为宝石。我们所熟知的钻石，蓝宝石，红宝石和祖母绿被称作四大宝石。宝石的形成是自然界的一场美丽的“意外邂逅”。宝石不仅外观美丽，稀有而价格昂贵，同时它也是地质学重要的标志物，对研究地质生成环境和地质定年有不可或缺的意义（图1）。1：缅甸抹谷（Mogok）地区的切割宝石级红宝石（0.369克拉）和大理石中的原始红宝石晶体【M.P. Myint, et al, Minerals, 2020, 10(2), 195 DOI: 10.3390/min10020195】。01　　近年来，使用飞行时间质谱仪（ICP-TOF-MS）进行的多元素化学分析在环境科学、生物学等领域快速发展，其在宝石学领域的优势也逐渐凸显。在一项近期的研究中，科研人员提出了一种矿物多元素组成的定量方法【Wang and Krzemnicki, J. Anal. At. Spectrom., 2021, 36, 518. DOI: 10.1039/d0ja00484g】。该方法使用激光烧蚀搭配TOFWERK电感耦合等离子体飞行时间质谱（LA-ICP-TOF-MS）同时分析样品内几乎所有元素组成（图2）。图二：（a）使用LA-ICP-TOF-MS在标准NIST610试样上采集的从7Li-238U的全元素质谱谱图。注意图中信号强度采用的是指数格式，可以很好的展示仪器基线的变化情况。（b）使用75微米直径激光光斑，20Hz激光剥蚀频率的情况下的仪器的全元素检测限。【Wang and Krzemnicki, J. Anal. At. Spectrom., 2021, 36, 518. DOI: 10.1039/d0ja00484g】02 该研究提出了“先测量后确定”的新颖概念，用户在实验前无需确定要检测的元素，而是先检测几乎全部的元素组成后再进行选择和定量分析，确定样品中的无机组分。相较来说，传统的单四极杆质谱仪则需要用户在实验前提供元素信息来确定定量分析元素的同位素种类，再进行实验。而且实验后，无法对选择进行更改。这样的实验流程很可能会错过对宝石矿石类地质样品分析有重要意义且“意料之外”的元素。使用ICP-TOF-MS采集全元素质谱后再定量分析法，可以有效地抓住出现概率非常低的元素组成，比如极少数蓝宝石中的钍元素【M. Wä lle, et al, Euroanalysis会议报告, 2023】，还可以对宝石矿石的地质生成环境和年代进行分析，例如对红宝石中的极少出现的锆钛矿包裹体的成因和铀铅定年进行研究【M.P. Myint, et al, Minerals, 2020, 10(2), 195 DOI: 10.3390/min10020195】。除此之外，借助TOF-MS远优于四极杆质谱仪的高质量分辨率，一些常见的干扰，比如钡和镧系元素的双电荷离子对镓和锗同位素的影响，可以得到很好的校正。通过双重标准试样校准方法（NIST610和NIST612）则可以部分消除由于标准试样基质和待测样品不同而造成的测量误差。由于飞行时间质谱TOF数据的特殊性，对其全质谱基线的校正和处理十分关键，这很大程度决定了定量结果的准确性。如果没有很好的基线校正方法，那么将会带来实验结果的偏差。实验使用的icpTOF仪器采取将原始基线下载到本地硬盘再通过软件进行自动或手动拟合处理的方法，可以将完整实验的多个基线进行叠加之后再拟合，以最大程度的保证拟合结果的准确性。如果将每一个谱线的基线直接在质谱仪电脑上进行实时拟合，可能会出现信号强度过低，信号标准偏差偏大，而基线的拟合不准确的情况。这种由于基线拟合导致的统计学噪音会直接影响实验结果的准确性和精确性。另外，后期数据处理可让用户随时对基线拟合进行调整。如果直接舍弃原始基线数据，只积分和保存元素信号的话，会出现‘不谈海平面，只谈山峰高度’的不客观表达和数据表达。03结论 综上所述，采用带有原始基线采集功能的电感耦合-飞行时间质谱仪（ICP-TOF-MS）对宝石矿物进行广谱多元素分析具有明显的优势。在每个激光剥蚀事件的毫秒时间长度内，ICP-TOF-MS不仅可以对几乎全部元素进行采集，从而避免错过任何出现概率极小的元素组成。同时，将原始全谱线下载到电脑进行后处理的方法很大程度上赋予科研人员对实验数据处理方法的掌控。让实验结果不再仅仅只是数字，而是更精确更准确的靠‘谱’分析结果。

p style="text-align: center "strongiCEM 2017邀请报告:/strong/pp style="text-align: center "strong扫描电镜在岩石矿物分析中的应用/strong/pp style="text-align: center "img title="原园.jpg" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201705/insimg/a3370dcc-29fc-42ff-8baf-7cc24c1eeddf.jpg"//pp style="text-align: center "strong原园 博士/strong/pp style="text-align: center "strong中国科学院地质与地球物理研究所/strong/ppstrong　　报告摘要:/strong/pp　　扫描电镜中的高能入射电子束轰击样品表面，从样品中激发出各种有用的信息，包括二次电子、背散射电子、X 射线等不同的信号，这些信号分别携带样品的形貌和成分等信息。/pp　　利用扫描电镜对新鲜断面样品或是氩离子抛光样品进行二维扫描，可以得到样品中不同矿物的结构形貌和元素成分等信息，进而确定矿物类型；结合分析软件可以对矿物的二维分布、含量、颗粒形态等信息进行提取。扫描电镜和聚焦离子束结合，对样品进行切割及三维重构，可以分析矿物的三维空间分布特征。/ppstrong　　报告人简介:/strong/pp　　原园，博士，毕业于中国石油大学（北京）非常规天然气研究院，现任职于中国科学院地质与地球物理研究所微纳结构成像实验室。/pp　　报告时间：2017年6月22日下午/pp　　立即免费报名：http://www.instrument.com.cn/webinar/meetings/iCEM2017//pp/p

日前，“第八届全国矿物科学与工程学术会议”在绵阳召开。本次会议主题是基于矿物与生态文明建设，围绕“一带一路”和人类可持续发展战略，交流理论、技术和发展战略研究的重要成果。来自北京大学、南京大学、中国地质大学、中科院地球化学研究所、中科院广州地化所等科研院所、高等院校的近330名专家学者齐聚绵阳，围绕会议主题，共同研讨中国矿物科学与工程领域的最新研究成果，探讨“矿物+”的未来发展途径。第八届全国矿物科学与工程学术会议参会人员合影在会前培训会上，首先由深圳大学刘福生教授结合XRD粉末衍射峰的重叠使得粉末衍射结构解析困难等问题点，详细阐述了Rietveld结构精修在晶胞参数的精确计算、多相样品的定量分析上的应用及优势；然后，中国工程物理研究院核物理与化学研究所孙光爱研究员主要介绍了中国绵阳研究堆与应用的总体情况，并进一步对热中子和冷中子散射平台的提升与应用作了详细地讲解；最后，由岛津公司赵同新先生作了《岛津电子探针分析技术及在矿物研究中的应用》的报告，主要从SEM与EPMA的功能对比，岛津EPMA的技术特点及其在矿物学研究中的优势作了详细且综合地阐述。 会议首日，中国科学院院士、天津大学刘丛强教授，中科院广州地化所谢先德院士，中国矿物岩石地球化学学会矿物物理矿物结构专委会主任何宏平，中国地质学会矿物学专委会主任王汝成，绵阳市副市长孙福全，西南科技大学党委副书记董发勤、副校长陈波出席研讨会开幕式。孙福全代表绵阳市人民政府向大会的召开表示热烈祝贺，并表示矿物科学与工程学科作为科技、军事和国民经济各领域的重要支撑，发展前景巨大，此次会议的召开将会为绵阳市优化资源配置、调整产业结构、进一步推进实施“一带一路”战略起到积极的推动作用。陈波代表学校向与会领导和专家表示欢迎，并重点介绍了固体废物处理与资源化教育部重点实验室的建设发展情况。陈波表示，此次大会对矿物学科涉及的科学与工程问题开展学术研讨，围绕“一带一路”和人类可持续发展战略，交流学术思想，分享学术成果，将推动相关领域科技与产业发展，相信与会专家学者研讨会的举行能进一步开拓矿物学研究的新思路，启发新思想，进一步促进矿物科学工程的发展。王汝成在致辞中表示，我国矿物学工作者应以中国特色地质研究为强大动力，以矿产资源、材料和环境重大需求为契机，充分利用成分、结构等现代微区分析技术和理论模拟方法，重视引进物质科学研究的新理论、新方法，推动我国矿物学科进入国际先进行列。开幕式后，刘丛强院士和谢先德院士分别以《全球变化、表层地球系统科学与社会可持续发展》和《肇庆端砚和泗滨砭石的矿物组成与物性特征》为题作了特邀报告。刘丛强院士对社会可持续发展的重大需求，表层地球系统科学的重要性，以及地球关键带科学的内涵及其所包含的重大学科问题都进行了系统阐述，展现了矿物学在表层地球科学、关键带科学研究中的地位，为进行矿物学研究的师生提供了更广阔的研究空间。谢先德院士新矿物分类、矿物研究的国际影响、矿物元素成分特征以及在现实生活中的应用介绍了所在团队在天然高压矿物及陨石矿物研究中的最新研究进展与成果，为在座学者展现了矿物学研究的思路和广阔前景。其中对岫岩陨石坑的研究发现，Fe-Mg-碳酸盐在经受25-45GPa和800-900℃的冲击压缩下，不需要通过熔融、流体和其他还原物质作用，就能通过亚固态自身氧化还原作用，生成天然的金刚石。碳酸盐自身会生成金刚石的能力表明，金刚石在下地幔将是一种很普通的矿物，因为那里有很多碳酸盐，温度和压力也足够高。针对随州陨石的研究，出版了专著，包括6种新矿物，5种高压相；6种新矿物中5种以中国学者姓氏命名，除了理论上的突破外，在只有几个纳米大小的新矿物的鉴定技术上也取得了重要突破。谢先德院士（上图）和刘丛强院士（下图）作报告随后，来自University of Arizona的杨和雄教授介绍了《Effects of twinning and atomic order-disorder on structure analysis》，从矿物双晶以及原子有序和无序情况对结构的精修结果可信度的影响。新矿物的发现及提交国际矿物协会，需要提供的资料包括矿物的元素成分、化学式、光性、晶体结构等多方面的内容，其中晶体结构的测试包括一般的XRD、电子衍射（EBSD和TEM）等，在双晶和原子无序存在的情况下，衍射花样将会变得异常复杂，首先要扣除双晶和原子无序的影响，提高可信度因子。北京大学的鲁安怀教授主题报告《地球表面“矿物膜”在日-地系统中作用与启示》介绍了地球上几类矿物表面几十微米的膜层的研究进展，如红壤中长石和石英等颗粒矿物表面上包覆几十微米的铁锰氧化物半导体矿物胶膜，并研究了矿物膜的可见光光电响应特性，发现了光电子促进微生物生长代谢现象（一般植物依赖光合作用，某些微生物可以从光电子中汲取能量生存），提出光电能微生物的新类型。中国地质大学（北京）的董海良教授的《矿物微生物相互作用以及在环境领域中的应用》提出微生物还原结构铁使得黏土矿物中的蒙脱石向伊利石的转化、而微生物氧化结构铁可使伊利石向蒙脱石转化，他们团队对环境污染中的沙尘暴、PM2.5中的矿物尘也进行了研究，指出矿物微尘主要以石英、方解石、钠长石、白云母和石膏等构成，北方以石英相为主，南方方解石占优。并使用采集的大气污染物颗粒对大肠杆菌等微生物的影响。中科院广州地化所何宏平研究员作了《水热条件下粘土矿物的物相转变及其意义》，根据沉积物中粘土矿物组合特征来标识古气候。构成气候的两个基本要素是温度和湿度，从粘土矿物的成因，这两个指标也控制着粘土矿物的形成。绿泥石和伊利石可标识弱风化强度，热带富含高岭石。蒙脱石在南半球海洋中含量较高。粘土矿物的结构特点，使之可以运用在水体污染如生活污水、重金属污染、有机污染等的治理。此外来自成都理工大学、浙江工业大学、北京大学的专家学者也先后就微生物成矿修复环境污染、有色金属矿山废物的资源化以及污染的防控和治理等方面作了大会专题报告，分享研究经验与成果。可以看出主题报告除了矿物成因、新矿物发现等传统矿物学外，跨专业跨学科等学科交叉渗透趋势明显，尤其是环境污染及治理的交叉研究。(a)鲁安怀教授 (b)董海良教授 (c)何宏平教授 (d)杨和雄教授 作报告 会议次日，研讨会分“矿物表界面与纳米矿物”“环境矿物学与矿物资源绿色开发”“新矿物与成因矿物学”“矿物分析表征方法与纳米矿物材料”“矿物材料与功能矿物材料”“光电子调控矿物与微生物协同作用机制”六个分会场进行，共设120个分会场报告。在“矿物分析表征方法与纳米矿物材料”分会场中，岛津公司陈文迪先生作了《岛津EPMA针对含超轻元素矿物的解决方案》的报告，主要从超轻元素特征X射线的特点及其在电子探针分析上的难点出发，通过对岛津EPMA技术特点的分析及相关矿物的测试实例分享，论证了岛津EPMA在定量分析含Be、B、C、O等超轻元素矿物上的优势及可行性。与会专家学者踊跃发言，热烈探讨，就学科热点问题进行了广泛交流与深入研讨。岛津公司陈文迪作报告关于岛津 岛津企业管理（中国）有限公司是（株）岛津制作所于1999年100%出资，在中国设立的现地法人公司，在中国全境拥有13个分公司，事业规模不断扩大。其下设有北京、上海、广州、沈阳、成都分析中心，并拥有覆盖全国30个省的销售代理商网络以及60多个技术服务站，已构筑起为广大用户提供良好服务的完整体系。本公司以“为了人类和地球的健康”为经营理念，始终致力于为用户提供更加先进的产品和更加满意的服务，为中国社会的进步贡献力量。