微束X射线荧光光谱分析红土中铁锰结核内部微小区域

在中国南方第四纪红土剖面中普遍发育一种黑褐色,形状规则或者不规则的新生体,由于其含有较高的Fe和Mn元素而被称为铁锰结核。铁锰结核被认为是土壤中温度、水分、氧化还原条件变化而形成的土壤新生体,因此它被认为是环境信息的良好载体。尤其是结核内部发育的环带状构造,被认识是结核形成过程气候干湿变化的结果。因此对结核内部微小区域的研究,有助与理解红土母质的风化过程以及结核的形成原因。X射线荧光光谱分析在20世纪80年代初已是一种成熟的分析方法,是实验室、现场分析主、次量和痕量元素的首选方法之一。运用帕纳科Zetium X射线荧光光谱仪的微小区域分析工具对铜陵第四纪红土中结核内部由核心至边缘的主量元素分布状况进行分析,结果表明,XRF微小区域分析功能可以快速有效的分析样品内元素的分布状况。结核内部元素分布情况来看,铜陵剖面内铁锰结核内部颜色深浅变化主要是由于Mn元素含量的变化而引起的。结核的核心Mn元素含量最高,由核心向边缘呈现高低交替变化特征。指示结核形成初期,由于气候相对干旱,Mn元素由低价离子态氧化成高价化合物后发生淀积。结核内部浅色环带Si和Al元素含量明显较深色环带高,可能代表了相对湿润的气候时期。     

深海富钴结核微区X射线荧光光谱分析和数据挖掘

西太平洋富钴结核是近年来新发现的海底固体矿产资源,富含Mn,Fe,Co,Ni和Cu等多种关键金属元素。富钴结核是一种非均质的地球化学和矿物学集合体,粒径约6 cm的结核在生长过程中记录了数千万年的海洋沉积历史,亟需高分辨率的分析技术揭示古海洋环境信息。采用微区X射线荧光光谱仪（μ-XRF）,对C3BC1704富钴结核开展多元素面扫描,获得了原位高分辨率多元素的信号强度数据,评价了μ-XRF技术在富钴结核中的应用质量。元素信号谱峰特征和数据频谱分布结果显示,富钴结核中Mn,Fe,Ti,Co,Ca和Ni等元素信号强度敏感,数据呈现相对较好的正态分布特征,可用于定量或半定量分析;Si,Cu和Al等元素信号较弱,数据呈现左偏的正态分布特征,建议相关数据仅作参考。μ-XRF获得的数据量庞大且彼此独立,本研究将不同元素连接成彼此关联的多维矩阵,实现了数据的位置信息和特征元素之间的数学运算和筛选,了解了金属元素的分布和变化特征,揭示了富钴结核生长过程的环境变化。结果显示,Mn和Fe等元素在生长层中波动剧烈,金属元素在富钴结核中的分布极不均匀,显示出多成因类型的交替微层和7个大的生长周期旋回。C3BC1704富钴结核主体暴露在海水中,金属元素主要来自海水,化学组成指示为典型的水成成因。进一步定量分析结果显示,Mn,Cu和Ni等元素含量从内部向外围呈现同步降低的趋势,Fe,Ti和Co等元素含量则呈现同步升高的趋势,这些特征指示早期偏向于成岩富集环境,晚期则以水成富集为主。富钴结核金属元素的分布和变化特征,清晰呈现了富钴结核的生长结构,揭示了富钴结核生长过程的环境变化,有利于富钴结核的成矿模型的构建。     

山东昌乐蓝宝石生长环带的FTIR和LA-ICP-MS 研究

山东昌乐蓝宝石生长环带的显微红外光谱和LA-ICP-MS研究结果表明：蓝宝石中的环带颜色成因与晶格中的-OH有相应的关系。在内部含有六边形环带的蓝宝石中,同一环带上的-OH含量相近;不同颜色环带中的-OH含量不相同,其中暗带中的-OH含量最高,过渡带次之,亮带为零;环带中-OH含量与微量元素Ti成正相关,可以用于反映蓝宝石形成过程中环境的变化。当环境中的含氢量较高时,会有较多的Ti4+-Fe2+对替代Al3+进入蓝宝石晶格;当环境中的含氢量较低时,则较少或者没有Ti4+-Fe2+对替代Al3+进入蓝宝石晶格;充分考虑蓝宝石晶格中-OH的分布特征,有利于为蓝宝石的呈色机理研究、高品质蓝宝石合成与优化等提供新的科学思路。     

热源移动方式对熔池元素分布的影响

本文对比了匀速(V1)、先匀加速后匀减速(V2)、三角函数(V3)、先匀加速再匀速后匀减速(V4)等四种不同焊炬移动方式下的熔池内部传热传质和元素分布的规律,结果表明:V1方式下的熔池的形状比较规则,而其他三种情况的熔池形状不规则。焊炬移动方式对不同元素在熔池内的分布的影响不同,以Mn元素为例,V1方式的熔池元素含量的最大偏差为1.79%;V2的元素含量在熔池和母材交界处会有一些波动,熔池内Mn元素含量差异最大为5.61%;V3方式下,元素含量波动较为剧烈,Mn元素含量差异最大达到13.23%;V4方式下,熔池内元素分布呈单峰或单谷,在熔池内部元素含量并不均匀。焊炬移动方式对熔池与母材中元素含量的差异也有较大影响,对比四种不同移动方式下的C元素分布发现:V1方式下,整个熔池区域的C元素含量比母材中C元素含量高8.43%,而V2、V3、V4方式下,则分别比母材中C含量高16.40%、12.25%和25.00%。由此可见,V1方式下,熔池内元素含量与母材元素含量相差最小,元素分布更为均匀,焊接性能更加良好。     

基于ICP-AES法研究气候变暖对蒙药阿给九种元素含量的影响

全球气候变暖已成不争的事实,而夜间温度的增幅比白天大。本研究利用ICP-AES测定分别在白天、夜间和全天增温情景下生长的蒙药阿给生殖枝和营养枝中九种元素(Al,Ca,Fe,K,Mg,Cu,Mn,Zn,Ni)含量的变化,探索气候变暖对植物元素含量的影响。研究结果表明,白天、夜间和全天增温对阿给元素含量影响的部位差异不显著,但均呈现负效应大于正效应;白天增温对阿给元素含量的影响不显著,夜间增温显著降低了Al,Fe,Mn含量,且白天与夜间增温存在交互作用。     

高分辨率光谱学揭示东太平洋CC区结核金属赋存状态及富集机制

赤道东太平洋克拉里昂-克利珀顿带(CCZ)是全球最有经济潜力的结核成矿带,存在巨量的Mn, Co, Ni, Cu, Zn和Li金属资源。前人对CCZ结核的研究偏重化学、矿物学分析,对结核显微纹层、金属赋存状态缺少高分辨率光谱学分析,制约了对金属富集机制的理解。采用扫描电镜(SEM)、 X射线衍射仪(XRD)、微区X射线荧光面扫(XRF)、激光剥蚀电感耦合多接受质谱仪(LA-ICP-MS)对克拉里昂-克利珀顿带结核的显微纹层展开高分辨率分析,结果表明结核是由水成层韵律和成岩层韵律交替形成的。水成层由水羟锰矿组成,具有低的Mn/Fe, Li, Ni, Cu, Zn和高的Co, Fe, Ti, V含量,推测受铁的羟基氧化物库仑力吸附作用和高价锰氧化物八面体的表面氧化作用,水成层吸纳高含量Co, Ti和V元素。成岩层矿物组分主要是水钠锰矿,吸纳高含量的Li, Ni, Cu和Zn,其吸纳能力随Mn/Fe升高而提高,当Mn/Fe>8达到峰值。笔者认为结核生长环境中的Mn和Fe相对通量控制了结核的矿物类型和化学组分,而金属通量也可能影响了结核的金属成分。     

铅染毒大鼠骨中元素微区分布及相关性研究

北京同步辐射装置上的同步辐射X射线探针被用于测定铅染毒大鼠骨中铅和其它元素微区分布,结果发现: 铅主要分布在密质骨内、外边缘, 而锌主要分布在密质骨和密质骨边缘. 同时,钙、磷、锶和铁的分布也同时获得.     

基于SMAW高温熔池流动的元素分布

本文对比了焊炬摆动对熔池内部流动和元素分布规律的影响。焊炬无摆动时元素分布呈双峰型,峰值位置在熔池中心左右3 mm处;熔池中心Mn、Mo、Ni和Cr含量较高,分别为1.298%、0.149%、0.146%和0.011%;旋涡中心C、Si、P和S含量最大,分别为0.048%、0.260%、0.014%和0.009%。焊炬摆动时元素分布呈单峰型;熔池中心C、Si、P和S含量最高,分别为0.050%、0.270%、0.016%和0.010%;熔池中心Mn、Mo、Ni和Cr含量最低,分别为1.121%、0.063%、0.062%和0.005%。     

花粉中微量元素Fe、Zn、Cu、Mn的蛋白质结合态研究

以油菜、玉米、茶及莲花粉为实验材料,应用原子吸收分光光度法测定了4种花粉中微量元素Fe,Zn,Cu,Mn的蛋白质结合态含量及形态分布。结果表明：花粉Fe元素蛋白质结合态含量分布最高,平均达41．44％,Mn元素次之,平均为20．83％,Zn,Cu元素的蛋白质结合态平均含量分别为18．19％和16．83％。     

电感耦合等离子体原子发射光谱法分析不同产地大豆中的矿物元素含量

选取江西、黑龙江、吉林和安徽4产地同一种属大豆经硝酸湿法消解后,采用电感耦合等离子体原子发射光谱法同时测定了其中K, P, Mg, Ca, Fe,Al, Zn, Mn 和Na元素的含量,并采用Ducan多重比较方法对结果进行统计分析。结果表明：大豆中含有丰富的矿物元素,其中K,P,Mg,Ca,Fe元素含量较高,且排序不因产地的变化而改变。Mn, Zn,Al,Na元素的排序则受产地影响较大。K, P, Mg的含量受产地的影响不大,表现出某一品种大豆自身生长对主要矿物质的需求是相对稳定的。不同产地大豆中Al, Ca,Fe, Na, Mn,Zn元素的含量差异显著(P<0.05),说明这几种微量元素的含量受土壤及环境的影响较大,其中安徽大豆中的铁元素(70.93 mg·kg-1)和江西大豆中的锰元素(32.69 mg·kg-1)显著高于其他3个样品。     

白云鄂博矿中铈铁钙EDXRF分析的基体效应研究

由于用Energy-Dispersive X-Ray Fluorescence(EDXRF)测量白云鄂博矿中铈元素含量的基体效应主要来自铁和钙,而这两个元素含量的变化非常大,使得通常用的标样方法不适用。以白云鄂博矿元素平均含量为基础制备一组测试样品,采用最小二乘法线性多元拟合来确定铁、钙对铈含量和X射线荧光光谱信号之间的线性关系系数的影响。这样确定的系数反映了铈在测量时发出的荧光强度被铁增强和被钙吸收的基体效应,且适用于大幅度变化的场合。当系数被用来通过EDXRF测量白云鄂博矿中铈的含量时相对误差小于10％。     

激光诱导击穿光谱对焊缝熔合区的元素成分分布分析

激光诱导击穿光谱(LIBS)是近十几年来快速发展的一种新的表面分析工具,由于具有分析速度快、灵敏度高等优点,故在材料科学领域引起广泛的关注。文中采用LIBS、扫描电子显微镜／能谱仪(SEM/EDS)和电子探针显微分析(EPMA)三种分析方法,对两类不同焊缝的熔合线区域进行线扫描分析,研究了Ni,Mn,C,Si等元素在熔合线区域含量的变化情况。结果表明,对于含量较高且焊缝和母材成分差别较大的Ni和Mn元素,三种方法获得了一致的分析结果,两试样焊缝内的Ni和Mn含量均高于母材,在熔合线区域明显体现出浓度梯度分布。三种方法根据Ni和Mn的浓度分布测得的熔合线区宽度值比较接近。对于含量较低且焊缝和母材成分差别较小的C和Si元素,采用SEM/EDS和EPMA时,焊缝与母材之间的成分差异没有分析出来;而采用LIBS时,两区域的成分差异则可以清晰的展现出来,在熔合区域能够清楚观察到浓度梯度分布曲线。LIBS的分析灵敏度明显高于SEM/EDS和EPMA,在分析低含量元素时更具优势。     

原子荧光光谱法研究贝壳堤岛贝壳沙中As的空间分布特征

用原子荧光光谱法测定了贝壳沙中As元素含量,研究了As在黄河三角洲贝壳堤岛贝壳沙中的空间分布规律,分析了贝壳沙中As与其他营养元素的相关性,并对影响其含量与空间分布的因素进行探讨。结果表明：贝壳沙样品中As的含量范围为0.78～8.76 mg·kg-1,平均值为3.11 mg·kg-1,整体上处于清洁的水平。贝壳沙中As含量有随剖面深度增加而增大的趋势,贝壳沙粒径大小也影响贝壳沙中As的含量,贝壳沙粒径越小,As含量越高,且不同粒径贝壳沙中As含量差异显著(p≤0.05)。贝壳沙中As与全磷(total phosphor,TP)和全钾(total potassium,TK)以及Cu, Zn, Mn均具有极显著的正相关关系,与全氮(total nitrogen,TN)和Fe的相关性不显著。综合分析认为,贝壳沙中As主要来自于风化后的贝壳沙对环境中As元素的吸附与固定而非贝壳形成过程中对该元素的富集作用。     

磁性形状记忆合金Mn2NiGa band Jahn-Teller效应的第一性原理研究

运用第一性原理的方法,研究了磁性形状记忆合金Mn2NiGa在马氏体相变中晶格结构、磁结构、Mn原子d电子结构的变化．研究表明,伴随Mn2NiGa马氏体相变的发生,形成了一个由两根长键及四根短键组成的拉长八面体结构,即产生了沿z轴拉长的Jahn–Teller畸变;在相变时,位于八面体中心的Mn原子的磁矩发生显著的变化,而作为配体的Ni、Ga原子的磁矩变化很微小;Jahn–Teller畸变的发生,是由于晶体的畸变使配位场产生变化,导致Mn原子d电子态密度重新分布,从而使eg和t2g能级分裂所致．     

原位微区X射线荧光分析在矿物学研究中的应用

从新疆采集了13件岩矿石样品,用于研究蚀变过程中矿物的元素含量变化特征。成都理工大学研制的IED-6000型原位微区X射线荧光分析仪被应用于获得蚀变过程中矿物的化学和物理数据。这种无损的微区X射线荧光分析仪主要是以低功耗X光管和电致冷Si-PIN半导体探测器为基础,采用毛细管X射线透镜实现微区测量的功能,并且能够集成到任何显微镜上进行测量,焦斑长轴直径约110 μm。通过微区X射线荧光测量,将黝铜矿更正为黄铁矿,提高了矿物鉴定的效率及准确性;在蚀变剖面研究中,矿化岩石样品的长石颗粒都富含Cu和Zn元素,可以作为找矿直接指示元素。Cr,Mn和Co等元素含量与矿化程度呈负相关。     

基于手持式X荧光光谱仪对乐山大佛赋存砂岩的分析

为探索手持式X荧光光谱仪在石窟研究和保护中的应用,结合岩相分析和前期地调数据,使用手持式X荧光光谱仪,对四川乐山大佛从佛脚到胸部位置共42 m厚的砂岩以平均0.5 m间隔进行高密度XRF测试,做出元素含量和比值变化曲线。研究结果显示,手持式XRF测试结果中的Si,Ca,Al和Fe等主量元素可以较好地与岩相分析结果和自然层划分结果吻合,反映石英、方解石、褐铁矿的含量变化以及岩屑绢云母化程度。元素比值能够反映厚层块状岩体内部的抗风化能力差异,Si/(Si+Fe+Al)可以反映砂岩胶结物含量变化和受溶蚀程度,(K₂O+CaO)/Al₂O₃指示抗化学风化强度变化,S元素含量与Fe、Mn元素的去耦合指示了溶孔发育,综合反映了大佛赋存岩体在胶结物成分、孔隙度和层理发育方面的情况。Cl元素的两段高值与乐山大佛胸部带状滞状区及大佛脚部潜水区高度吻合。手持式X荧光光谱仪应用在石质文物分析中具有以下三个优势：（1）对大型、不可移动的石质文物本体来说,手持式X荧光光谱仪提供了高效、无损的岩石化学成分分析手段,主量元素的含量及分布可以较好地与赋存岩体的岩相分析结果和自然层划分结果吻合,能够成为石质文物本体岩性和岩层划分的辅助手段,有利于进行不同区域石质文物的对比研究。（2）对凿造于同一厚层块状岩层中的石质文物来说,手持式X荧光光谱仪能够满足测试间隔不到0.1 m的高分辨XRF扫描,元素比值的波动和元素间耦合关系的变化反应胶结物成分、孔隙度、溶孔发育度等方面反应块状岩体抗风化能力的内部差异。（3）Cl元素含量变化曲线可以精确指示含水量高的岩层,有助于进行滞水、透水情况和水患防治重点的评估,为处于不同气候和水文条件下的石质文物进行病害位置和机制对比提供辅助信息。     

九江网纹红土中粘土矿物过渡相的矿物学特征及成因

为研究长江中下游网纹红土中粘土矿物过渡相的矿物学特征及成因,采用X射线衍射(XRD)、傅里叶红外吸收光谱(FTIR)、以及高分辨透射电子显微分析(HRTEM)等现代测试技术方法,对江西九江红土剖面网纹红土中粘土矿物过渡相开展系统、深入的研究。X射线衍射及红外吸收光谱分析结果表明,九江剖面网纹红土中粘土矿物组成主要有伊利石和高岭石,少量蒙脱石和伊利石/蒙脱石及微量高岭石/蒙脱石混层矿物过渡相。在高分辨透射电子显微镜下,可观察到蒙脱石晶层向高岭石晶层转化的现象。伊利石/蒙脱石过渡相是伊利石向蒙脱石转化的过渡产物,而高岭石/蒙脱石过渡相则为蒙脱石向高岭石转化的过渡产物,网纹红土中这两种过渡相的出现说明了粘土矿物风化演化的过程,即：伊利石→伊利石/蒙脱石混层矿物→蒙脱石→高岭石/蒙脱石混层矿物→高岭石的演化,同时表明网纹红土形成于风化作用增强的温暖潮湿气候环境。     

ICP-OES研究罗布泊“大耳朵”湖相沉积物常量元素地球化学特征及环境意义

光谱分析技术应用于地球化学元素分析研究,为湖泊沉积物反演环境变化提供了更多的环境信息。以罗布泊“大耳朵”区域L07-10剖面沉积物为研究对象,利用ICP-OES对常量地球化学元素进行了测定分析,结合AMS进行14C年代学测定,初步探讨了该地区16.34 ka BP以来的气候环境变化。结果表明：常量元素地球化学特征可以灵敏的指示环境变化,元素环境代用指标很好的反映了该地区的气候变化过程。总体来看, 常量元素分布特征指示16.34 ka BP以来,罗布泊区域气候经历了暖湿-暖干-凉湿-暖干的变化,在8.09～6.34 ka BP期间发生了一次较明显的短期升温阶段,这一时期气候温暖干燥,降水减少,与全球及区域气候变化相关记录相吻合。近2 000 a以来气候总体温暖,降水量减少,源区水热条件变差,水运的搬运能力降低。     

ICP-AES测定云南楚雄糖尿病患者发样微量元素的研究

探讨微量元素与糖尿病间的关联性及临床意义。采用ICP-AES等离子体发射光谱仪测定了楚雄地区糖尿病患者人发中11种元素,采用2,3-二氨基萘荧光法测定发样中的硒元素。选取糖尿病患者120例,对照组35例。糖尿病组发样中常量元素Ca、Mg低于对照组,P高于对照组;除Cd、Cr、Fe外,微量元素Zn、Se、Ni、Mn、Cu等5种元素低于对照组,并有显著差异(P0.01)。糖尿病组间性别比较数据显示男性除发Ni、Mn、P外,其余元素含量均低于女性,其中发锌远低于女性。3个不同年龄段糖尿病人群的微量元素含量变化显示Fe、P2种元素随年龄增加含量增高;Mg、Cd2种元素随年龄增加含量减少;其余各元素变化情况为Fe、P元素在老年组中较高,Cu、Cd、Mg较低;Mn、Cr、Cu元素含量在中年组中较高,而Zn、Se略低;Zn、Se在青年组较高,而Mn、Cr低。城市人群发中Zn、Cd、Cu、Mg、Ca含量比农村人群高;Se元素含量二者间差别也不大,其余元素含量均低于农村人群。楚雄地区糖尿病患者发中Zn、Se、Mg、Mn4种元素水平低,楚雄地区糖尿病患者致病原因可能与地区属低Se水平和患者体内硒水平低有关。     

加拿大具“蛙卵”状色带铬钙铝榴石(沙弗莱石)的谱学特征

产于加拿大的宝石级铬钙铝榴石(又称沙弗莱石),常具有特殊的绿色团状色带，其黑色或深绿色的核心往往被边缘的翠绿色色带包围，形似“蛙卵”。为了探究加拿大具“蛙卵”状色带沙弗莱石的宝石学性质以及谱学特征，通过常规宝石学测试、 LA-ICP-MS、紫外-可见-近红外光谱、拉曼光谱对该区样品进行了系统研究，旨在探明色带的颜色成因以及不同色区成分和谱学的变化。化学成分分析表明，加拿大沙弗莱石均以钙铝榴石成分为主(核部：Grossular>55.64 mol%;边缘：Grossular>83.90 mol%),但不同颜色区域的Cr₂O₃含量存在明显差异。在色带中心的深色核心区域呈现较高的钙铬榴石成分(Uvarovite平均为21.49 mol%),其中黑色的核心还具有较高的Ti含量(TiO₂>1.9 Wt%)。除此之外，样品还均含少量的Fe以及微量的V, Mg和Mn。紫外-可见-近红外光谱研究表明，Cr为主要的致绿色元素、 Fe为致黄色元素。位于蓝紫区435 nm左右和红区603 nm左右的吸收带主要是由于Cr