利用標準曲線法測定黃鐵礦最優標樣的電子探針分析方法

摘 要：本文主要分析利用標準曲線法測定黃鐵礦在電子探針分析時最優標樣的選擇。試驗表明，在進行電子探針測試時，標樣的選擇對試驗數據起著決定性作用。通過電子探針分析，也可尋找特殊礦物的可替代標樣，建立一套分類標樣數據庫和標樣反測數據庫，為提高電子探針測試效率，深入研究開發電子探針測試技術提供重要的研究方向。

關鍵詞：黃鐵礦;最優標樣;電子探針;標準曲線法

中圖分類號：P575.1 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2018）25-0093-03

電子探針因具有高空間分辨率（約1μm）、簡便快速、精度高、分析元素范圍廣（4Be～92U）、不破壞樣品等特點，被廣泛應用于地質、寶石鑒定、材料成分、鑄鋼等眾多領域[1-5]。隨著精細化試驗研究的開展，如何提高測試準確度和效率，如何把控細節，規范化日常流程，將為微束測試精細基礎化研究提供重要研究思路。

1 儀器工作原理、結構及校準

1.1 電子探針工作原理及結構

電子探針是利用檢測電子束照射物質表面時產生的特征X射線，借助相應的探測系統和信息處理系統收集與處理被激發微區產生的各種信息（見圖1），如特征X射線、二次電子、背散射電子、吸收電子、透射電子及陰極熒光等，可在物質表面進行從微區到大面積的圖像觀察（非破壞性的）和元素分析（定性和定量分析）。其主要結構包括電子束照射系統（電子光學系統）、樣品臺、X射線分光（色散）器、真空系統和計算機系統（儀器控制與數據處理）（見圖2）[6]。

1.2 儀器校準及規范

桂林理工大學電子探針型號為JXA-8230，該儀器的校準正確與否直接影響測試的準確度。校準過程包括儀器硬件校正、軟件測試參數設置。此外，試樣要求及制備、測試精度規范應按相應規范執行。

1.2.2 試樣要求及制備方法。試樣要求及制備方法如下。

①試樣要求。固體樣品、表面拋光、厚度均勻，在高壓電子束照射下穩定、無磁性、無放射性且導電;若試樣本身不導電，應噴涂導電膜，其厚度應與標樣噴涂的導電厚度相同（15nm）。試樣的尺寸可根據不同樣品臺的尺寸選放光片、光薄片、探針片及圓形靶等樣品，方形樣品臺面（長×寬×厚=47mm×27mm×2mm）可放光薄片、探針片;圓形樣品臺包括：單孔樣品臺（內徑75mm）可放光片;四孔樣品臺（內徑35mm）;九孔樣品臺（內徑25mm）可放圓形靶。

②制備方法。粉末試樣，用環氧樹脂等鑲嵌材料混合后，進行粗磨、細磨及拋光方法制備;塊狀試樣，用環氧樹脂等鑲嵌后，進行研磨和拋光。較大的塊狀試樣也可以直接研制和拋光。

1.2.3 測試精度規范。測試結果嚴格按照中華人民共和國國家標準文件規范執行，表2列出了常見礦物測試精度規范。

2 試驗條件的選擇

2.1 激發電壓的選擇

用電子探針對黃鐵礦進行定量分析，通常選用15kV的加速電壓。

2.2 電子柬流的選擇

在對黃鐵礦進行定量分析時，需用20nA的電子柬流便可得到滿意的分析結果，這是因為黃鐵礦中鐵含量高。

2.3 束斑大小的選擇

此次測試所用到的電子探針為JXA-8230，束斑的大小與樣品單位面積上所照射的電子密度呈負相關，因此，束斑的選擇又不能太大。在對黃鐵礦進行定量分析時，5μm的束斑即可滿足測試的需求。

3 標準曲線的建立

3.1 待測樣品、標樣的選取

選用天然的黃鐵礦作為該試驗的基礎樣品，將其制作成薄片用作待測樣品。通常，標樣選擇的合理直接決定試驗數據的有效性。本研究所采用的標樣均為中國地質科學院頒發的礦物標樣，具有較好的均一性和代表性，分別為黃鐵礦FeS2、磁鐵礦Fe3O4、赤鐵礦Fe2O3、單質鐵Fe、鎂橄欖石（Mg，Fe）2SiO4。

3.2 待測樣品的測試及標準曲線的繪制

基礎樣品黃鐵礦經過常規操作，最后通過壓片機制成光薄片，鍍碳后，即可在JXA-8230電子探針上測試。本次研究選取了常見并具有代表性的5種標樣，在相同測試條件下（15kV-20nA-5μm），通過改變測試黃鐵礦所需標樣的方式，分別測試其成分含量，每組標樣測試5組有效數據后取平均值，通過平均值與中國地質科學院頒發的黃鐵礦中各個元素理論值相比，即可得到相對應標樣的最優百分比，建立測試黃鐵礦最優標樣判定曲線圖（見圖3）。圖表顯示，用于測試黃鐵礦的5種標樣測試的結果均在誤差范圍內，一般而言，5種標樣均可作為測試標樣測試黃鐵礦，但相較而言，5種標樣的測試結果也有優劣之分，標準曲線圖直觀地顯示出赤鐵礦所勾畫出的曲線相較最遠（100%），黃鐵礦與理論值最為吻合，故而初步判定在此5種標樣中，測試待測礦物黃鐵礦時所選用的最優標樣應為黃鐵礦，單質鐵、磁鐵礦、鎂橄欖石、赤鐵礦相繼次之。

3.3 可替代的最優標樣選擇

在日常測試中，尚不能擁有所有自然標樣礦物，因此需要尋找合適的可替代標樣。從黃鐵礦電子探針測定中，經綜合分析，可選擇單質鐵、磁鐵礦等作為替代標樣，而赤鐵礦和鎂橄欖石測定結果相對較差。

3.4 標樣數據庫和標樣反測數據庫的建立

數據庫的建立是一個相對較長且循序漸進的過程，應包括建立不同（10、15kV和20kV）條件下標樣數據庫和對應反測標樣數據庫。電子探針能否準確定量分析，標樣數據庫的準確性直接影響測試的準確性。為此，在做完某一種礦物的標樣之后，通常需要進行反測（以標準為待測樣品），即定量分析，通過比較反測數據與理論數據的差異，確定標樣是否可以應用到后續的測試試驗中，反測數據結果是一種判定標準有效與否的重要依據。完整的標樣數據庫是該試驗設備測試能力的直接反映。

4 總結

①微區原位高精度電子探針室的規范化管理及應用，規范了實驗室管理，促進人員分配，同時建立一套有效分類標樣數據庫，可提高高校大型儀器利用率，間接增加了測試單位效益，是一項長期的循序漸進的工作。

②實例論證研究表明：標樣選擇的原則為同種標樣優先，要靈活考慮尋找可替代的最優標樣，有助于理清電子探針測試技術基本原理，有效促進對電子探針儀器應用開發的研究。

③建立標準分類數據庫和反測數據庫，有助于快速更新標樣庫，提供方便快捷的測試方法。

參考文獻：

[1]K.G.Gartzman，A.N.Efimov，任學謙.無標準定量電子探針微分析[J].地質地球化學，1982（10）：54-56.

[2]周劍雄，陳振宇，芮宗瑤.獨居石的電子探針釷-鈾-鉛化學測年[J].巖礦測試，2002（4）：241-246.

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