II大型儀器鑒定之一電子探針、XRF、XRD

寶石鑒定方法

第三章大型儀器鑒定當(dāng)前1頁，總共52頁。寶石鑒定大型儀器對一般寶石品種的鑒定工作只需借助常規(guī)儀器即可。但隨著人工生長與改善寶石技術(shù)的迅速提高，其產(chǎn)品與天然相似物間的識別越來越難，有時為了準(zhǔn)確地鑒定，或者開展對寶石的研究工作，均需動用大型儀器。大型儀器不但購置和運轉(zhuǎn)的成本高，而且常對樣品有損傷，應(yīng)謹(jǐn)慎使用。目前常用的寶石鑒定大型儀器有：

當(dāng)前2頁，總共52頁。寶石鑒定常用大型儀器電子探針X熒光X衍射掃描電鏡透射電鏡紅外拉曼當(dāng)前3頁，總共52頁。電子探針

Electronprobemicroanalyzer電子探針分析（EMPA）的基本原理：用直徑小于1μm的電子束來激發(fā)樣品，然后借助于相應(yīng)的探測系統(tǒng)和信息處理系統(tǒng)收集和處理被激發(fā)微區(qū)所產(chǎn)生的各種信息。如特征Ｘ射線、二次電子、俄歇電子、透射電子及陰極熒光等。用途：用以研究微區(qū)的化學(xué)成份、表面形貌和結(jié)構(gòu)特征等。特點：微區(qū)分析，非破壞性。

當(dāng)前4頁，總共52頁。EPMA的原理電子探針有一套完整的X射線波長和能量探測裝置（波譜儀WDS和能譜儀EDS），用來探測電子束轟擊樣品所激發(fā)的特征X射線。由于特征X射線的能量或波長隨著原子序數(shù)的不同而不同，只要探測入射電子在樣品中激發(fā)出的特征X射線波長或能量，就可獲得樣品中所含的元素種類和含量，以此對樣品微區(qū)成分進行定量分析。電子探針的優(yōu)缺點：分析區(qū)小、準(zhǔn)確度高、靈敏度高、B-U無損分析低原子序數(shù)的誤差較大，不能做大面積的成分平均分析儀器比較復(fù)雜，價格昂貴當(dāng)前5頁，總共52頁。當(dāng)前6頁，總共52頁。制樣的設(shè)備當(dāng)前7頁，總共52頁。制樣當(dāng)前8頁，總共52頁。當(dāng)前9頁，總共52頁。當(dāng)前10頁，總共52頁。當(dāng)前11頁，總共52頁。當(dāng)前12頁，總共52頁。當(dāng)前13頁，總共52頁。當(dāng)前14頁，總共52頁。當(dāng)前15頁，總共52頁。當(dāng)前16頁，總共52頁。當(dāng)前17頁，總共52頁。日本電子株式會社當(dāng)前18頁，總共52頁。

名稱：SX51型電子探針

型號：SX51

性能指標(biāo)：法國CAMRCA公司生產(chǎn)1994年10月安裝使用

配備3道波譜儀（WDS）、OXFORD公司LINKISIS能譜儀（EDS）以及陰極發(fā)光（CL）探頭。

空間分辨率7nm；

8塊分光晶體，可分析Na-U間的元素。中國科學(xué)院地質(zhì)與物理研究所當(dāng)前19頁，總共52頁。中國科學(xué)院地質(zhì)與物理研究所名稱：JXA-8100型電子探針

型號：JXA-8100

性能指標(biāo)：日本JEOL公司生產(chǎn)2006年7月安裝使用

配備4道波譜儀（WDS）、OXFORD公司INCA能譜儀（EDS）以及GATAN公司MonoCL具展譜功能的陰極發(fā)光分析儀（CL）。

空間分辨率7nm；

8塊分光晶體，可分析F-U間的元素。當(dāng)前20頁，總共52頁。北京科技大學(xué)名稱：電子探針顯微分析儀（EPMA）型號：JEOLJXA-8100性能指標(biāo)：日本電子生產(chǎn)，由四道譜儀、八塊分光晶體組成，專門購置了針對Be和B分析的分光晶體。主要進行微區(qū)化學(xué)成分的定性定量分析，特別是輕元素的定量分析。二次電子分辨率：6nm（工作距離11mm）束流范圍：10-5~10-12A束流穩(wěn)定度：±0.5×10-3/h；±3×10-3/12h放大倍數(shù)：×40~×300,000元素探測范圍：4Be~92U最大分析樣品尺寸：100mm×100mm×50mm當(dāng)前21頁，總共52頁。當(dāng)前22頁，總共52頁。當(dāng)前23頁，總共52頁。當(dāng)前24頁，總共52頁。EPMA的其他應(yīng)用對寶石表面或露出寶石表面的晶體包體選定微區(qū)作定點的成分分析和形貌掃描，得出晶體包體的定性或者定量的化學(xué)成分，圖形，確定包體的種類。測定充填處理紅寶石的結(jié)果顯示充填物為鉛玻璃。

當(dāng)前25頁，總共52頁。寶石鑒定常用大型儀器電子探針X熒光X衍射掃描電鏡透射電鏡紅外拉曼當(dāng)前26頁，總共52頁。X熒光原理X射線照射到樣品表面，產(chǎn)生特征X射線，根據(jù)所得的特征X射線確定樣品的元素組成。X射線原子熒光(特征X射線)當(dāng)前27頁，總共52頁。定性分析與定量分析X熒光定性分析莫斯萊（moseley)定律特征波長與原子序數(shù)Z關(guān)系是定性分析的基礎(chǔ)。X熒光定量分析在指定波長下，X射線熒光強度與被測元素的含量成正比，是定量分析的依據(jù)。=k（Z-s）-2當(dāng)前28頁，總共52頁。X射線熒光用途：成分的定性、定量分析?？蓽y定原子序數(shù)5~92的元素，可多元素同時檢測。其檢測限達10-5~10-9g·g-1（或g·cm-3）。優(yōu)點：譜線簡單；方法特征性強；不破壞試樣；分析含量范圍廣。當(dāng)前29頁，總共52頁。北京工業(yè)大學(xué)固體所型號：Magix(PW2403)生產(chǎn)廠家：荷蘭PANalytical公司啟用日期：2003年11月技術(shù)指標(biāo)：功率：3KWX光管：超尖銳陶瓷X射線管分析濃度范圍：ppm-100％儀器穩(wěn)定性:RMS≤0.5%用途:適用于各種樣品中元素的定性定量測定，分析元素范圍為C、O到U之間的元素，并可進行鍍層厚度及組成分析，是一種快速、準(zhǔn)確的無損檢測方法。當(dāng)前30頁，總共52頁。北京工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院型號：XRF-1800生產(chǎn)廠家：日本SHIMADZU(島津)啟用日期：2009年10月適用范圍：液體、粉末、固體、金屬、氧化物等，不受試樣形狀和大小的限制，不破壞試樣，要求試樣應(yīng)成分均勻。用途：除了H，He，Li，Be，B，C，N外，可對周期表中從8~O到92~U作元素的常量、微量的定性和定量分析。特點:操作快速方便，譜線簡單：在短時間內(nèi)可同時完成多種元素的分析。缺點：靈敏度偏低，一般只能分析含量大于0.01％的元素當(dāng)前31頁，總共52頁。北京大學(xué)名稱：X射線熒光光譜儀型號：S4-Explorer廠家：德國Bruker(布魯克)公司性能指標(biāo)：采用多層膜分光晶體，優(yōu)化準(zhǔn)直器，超薄75

mｍ鈹窗，1000

W端窗陶瓷X光管。1KW端窗/75μm鈹窗

1000W/多層膜分光晶體/優(yōu)化準(zhǔn)直器。1

KW端窗，超薄75μm鈹窗，多層膜分光晶體，優(yōu)化準(zhǔn)直器。

分析濃度范圍ppm至100%。

當(dāng)前32頁，總共52頁。寶石學(xué)應(yīng)用鑒定寶石種屬紅寶石Al2O3、紅色尖晶石MgAl2O4合成寶石鑒別早期的合成歐泊中有時含有天然歐泊中不存在的Zr合成藍色尖晶石中存在Co合成鉆石中有時存在Fe、Ni等觸媒劑成分。合成鉆石中的金屬包體當(dāng)前33頁，總共52頁。寶石鑒定常用大型儀器電子探針X熒光X衍射掃描電鏡透射電鏡紅外拉曼當(dāng)前34頁，總共52頁。X衍射儀基本用途：物相鑒定基本原理：任何一種結(jié)晶物質(zhì)都具有特定的晶體結(jié)構(gòu)在一定波長的X射線照射下，不同的晶體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生完全不同的衍射花樣不可能有兩種晶體結(jié)構(gòu)的衍射花樣完全相同多相試樣的衍射圖譜不因為存在多相而產(chǎn)生變化，只是各自衍射花樣的機械疊加當(dāng)前35頁，總共52頁。X衍射原理晶體中各個電子的散射波可相互干涉。散射波周相一致相互加強的方向稱衍射方向。Bragg公式：實質(zhì)：光程差等于波長整數(shù)倍（周相一致）當(dāng)前36頁，總共52頁。

晶體是由許多平行的原子面組成的，X射線衍射可以看作是原子面對入射線的反射。在X射線照射到的原子面中所有原子的散射波在原子面反射方向上的相位是相同的，是干涉加強的方向。X射線在晶體中的衍射當(dāng)前37頁，總共52頁。X射線粉晶衍射儀基本組成X光管測角儀探測器計算機系統(tǒng)X光管測角儀樣品臺探測器當(dāng)前38頁，總共52頁。常規(guī)的X射線衍射儀衍射幾何當(dāng)前39頁，總共52頁。北京工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院名稱：X射線衍射儀儀器：XRD-7000廠家：日本島津公司技術(shù)指標(biāo)X射線發(fā)生部3kW，CPU控制測角儀2θ~θ，θ~θ聯(lián)動，θ或2θ獨立測量角度的重現(xiàn)性

±0.001゜(θ)掃描角度范圍-6～＋163゜（2θ），-180～＋180゜（θ）特點：連鎖安全結(jié)構(gòu)配備高速運轉(zhuǎn)（10.00°/min）高精度角度重現(xiàn)性（±0.0001°）水平型測角儀，能夠測定超大型樣品、液體樣品。獨立2軸驅(qū)動，可進行掠入射測量。高溫附件（25℃～1200℃）功能：無損分析，定性分析、晶格常數(shù)確定和應(yīng)力測定；定量分析、粒徑和結(jié)晶度分析等。當(dāng)前40頁，總共52頁。北京工業(yè)大學(xué)固體所型號：型號：D8ADVANCE生產(chǎn)廠家：德國BRUKER公司啟用日期：2003年11月技術(shù)指標(biāo):掃描方式：/測角儀2測量范圍：-10～155可讀最小步長：0.0001角度重現(xiàn)性：0.0001高溫附件：室溫～1600℃，固體探測器、位敏探測器服務(wù)范圍:物相的定性及定量分析晶塊大小測定宏觀應(yīng)力的測定微觀應(yīng)力的測定指標(biāo)化和點陣常數(shù)結(jié)構(gòu)分析不同溫度下樣品結(jié)構(gòu)變化當(dāng)前41頁，總共52頁。日本理學(xué)D/max系列當(dāng)前42頁，總共52頁。X衍射在考古領(lǐng)域的應(yīng)用

陶瓷、繪畫考古研究制作陶瓷使用的材料,以及繪畫使用的礦物顏料,都是天然物質(zhì)。由于產(chǎn)地的不同,這些原料的成份會有一些不同。利用XRD,可進行陶瓷、繪畫考古,如產(chǎn)地及真?zhèn)蔚蔫b別。案例一：江蘇新沂縣花廳出土了兩類陶器，一類屬大汶口文化，而另一類屬良渚文化。劉方新等利用X射線衍射對這兩類陶器中的鈉長石和鉀長石進行了定量分析，良渚風(fēng)格陶器中的長石含量明顯低于大汶口風(fēng)格陶器中的長石含量說明此種陶器來自外地，似對“戰(zhàn)爭掠奪”論有利。案例二：瑞士的Chatillon–S–Glane地區(qū)發(fā)現(xiàn)了與德國Heuneburg地區(qū)風(fēng)格相同的陶器，X射線衍射分析說明是在Chatillon–S–Glane當(dāng)?shù)責(zé)频模瑧?yīng)是兩地文化交流的結(jié)果。當(dāng)前43頁，總共52頁。X衍射在醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用對中藥材進行表征與真?zhèn)舞b別1.中藥與西藥不同,不是單一的化學(xué)物質(zhì),而是天然的動物、植物或礦物。對中藥的識別從來是依靠形象描述。X射線粉末衍射譜具有指紋性,混合物的X射線粉末衍射譜是單一衍射譜的疊合,仍有指紋性,因而可以作為一種表征中藥材的現(xiàn)代測試手段。2.中藥總是一種復(fù)合藥,利用X射線粉末衍射可以分析出它所含的各種物相及相對含量?？梢苑治霾煌a(chǎn)地、不同采摘期、不同部位藥材組成的變化。當(dāng)前44頁，總共52頁。當(dāng)前45頁，總共52頁。當(dāng)前46頁，總共52頁。中藥總是一種復(fù)合藥,利用X射線粉末衍射可以分析出它所含的各種物相及相對含量。可以分析不同產(chǎn)地、不同采摘期、不同部位藥材組成的變化。當(dāng)前47頁，總共52頁。X衍射在寶石領(lǐng)域的應(yīng)用

——真?zhèn)螌毷b別

碧玉的X衍射圖翡翠的X衍射圖東陵玉的X衍射圖真寶石的X衍射圖當(dāng)前48頁，總共52頁。X衍射在寶石領(lǐng)域的應(yīng)用

——真?zhèn)螌毷蔫b別

塑料仿寶石的X衍射圖玻璃仿寶石的X衍射圖假寶石的X衍射