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          微區XRF在嫦娥五號月壤單顆粒中的鈦鐵礦定量分析和鑒定中的應用

          發布時間:2023-06-20瀏覽:702

                 此前,嫦娥五號返回攜帶的月壤樣品引起了廣大科研人員的廣泛關注。中國科學院地質與地球物理研究所李金華研究員團隊對嫦娥五號(CE-5)月壤樣品中微米級顆粒中的鈦鐵礦開展了深入細致的原位微區分析,提出了一種無損快速鑒定和定量分析的全新表征方案(圖1)。相關成果發表在國際光譜學專業期刊《Atomic Spectroscopy》“Microanalytical Techniques for Extraterrestrial Samples (Part II)” 專輯(Atomic Spectroscopy,2022,43,284−291.https://doi.org/10.46770/AS.2022.029)。

          圖1月壤顆粒中的鈦鐵礦的無損表征方案

          圖2 微區XRF對CE-5月球土壤樣品中P15和P17顆粒的元素分布表征。P15 (a)和P17 (b)粒子的多元素圖(藍色- Ti和黃色=Fe)。相應鈦鐵礦顆粒的立體顯微照片顯示在右上角。(c)鈦鐵礦顆粒的歸一化uXRF光譜(P15,黑色;P17,紅色)。

                 鈦鐵礦(FeTiO3)是月球巖漿早期結晶產物,是月海玄武巖中含量豐富的氧化物礦物, 也是主要的含鈦礦物。作為是一種重要的月球資源,它不但能夠用于氦氣和氧氣的產生,也可以作為鐵、鈦和氧的主要來源, 為未來月球基地的建立提供保障。不同于早期阿波羅號采集的月壤樣品,嫦娥五號月壤樣品來自月球風暴洋東北部,屬于人類從未“踏足”的中緯度地區,根據已有研究報道其含有較低含量的Ti。因此,從月海玄武巖中鑒定和定量鈦鐵礦對于更好地了解月球地質過程和開發月球資源至關重要。
                 在該研究中作者首先通過使用布魯克微區XRF M4 TORNADO Plus對樣品陣列進行無損快速掃描分析,獲得所有顆粒的化學元素及其分布圖像。結合M4基本參數法獲得的半定量分析結果,挑選出兩個代表性的含鈦顆粒(P15和P17), 如圖2所示。
                 作者還將含鈦顆粒微區XRF半定量結果與3D XRM分析結果進行了對比,兩種方法獲得的鈦鐵礦含量結果相近,有著很好的一致性(表1)。

          表1 P15和P17鈦鐵礦顆粒M4 TORNADO 半定量分析結果

                 綜上, 微區XRF在諸如月壤等珍貴地質樣品的成分分析中,其強大的面掃描功能能夠在無損、樣品無制備的情況下,快速獲得顆粒樣品中各元素的分布情況并且能夠給出準確可靠的定量、半定量結果, 為樣品后續的分析奠定重要基礎。


          [主要參考文獻]
          1.K. D. Burgess and R. M. Stroud, Geochim. Cosmochim. Acta, 2018, 224, 64−79. https://doi.org/10.1016/j.gca.2017.12.023
          2.Q.-L. Li, Q. Zhou, Y. Liu, Z. Y. Xiao, Y. T. Lin, J.-H. Li, H.-X. Ma, G.-Q. Tang, S. Guo, X. Tang, J.-Y. Yuan, J. Li, F.-Y. Wu, Z. Y. Ouyang, C. L. Li, and X.-H. Li, Nature, 2021, 600, 54−58. https://doi.org/10.1038/s41586-021-04100-2
          3.L. X. Gu, Y. J. Chen, Y. C. Xu, X. Tang, Y. T. Lin, T. Noguchi, and J. H. Li, Geophys. Res. Lett., 2022, 49, e2022GL097875. https://doi.org/10.1029/2022GL097875
          4.C. L. Li, H. Hu, M. F. Yang, Z. Y. Pei, Q. Zhou, X. Ren, B. Liu, D. W. Liu, X. G. Zeng, G. L. Zhang, H. B. Zhang, J. J. Liu, Q. Wang, X. J. Deng, C. J. Xiao, Y. G. Yao, D. S. Xue, W. Zuo, Y. Su, W. B. Wen, and Z. Y. Ouyang, Natl. Sci. Rev., 2022, 9, nwab188. https://doi.org/10.1093/nsr/nwab188
          5.J.-H. Li, Q.-L. Li, L. Zhao, J.-H. Zhang, X. Tang, L.-X. Gu, Q. Guo, H.-X. Ma, Q. Zhou, and Y. Liu, Geosci. Front., 2022, 13, 101367. https://doi.org/10.1016/j.gsf.2022.101367
          [原文]
          C. Q. Zhang and J.-H. Li, Non-destructive identification and quantification of ilmenite from a single particle of the CE-5 lunar soil sample, Atomic Spectroscopy, 2022, 43, 284−291. https://doi.org/10.46770/AS.2022.029

           

          微區X射線熒光光譜儀

                M4 TORNADO 是使用小光斑微區 X 射線熒光進行樣品表征的設備。其測量結果能夠提供樣品的相關成分和元素分布的信息,甚至樣品表面下元素分布信息。Bruker微區X射線光譜儀經過優化,可對任何類型的樣品的點、線和二維區域掃描(Mapping)進行高速分析; 樣品類型可為固態,液態,顆粒等。M4 TORNADO 整合了一套強大分析功能,可在微米尺度內對樣品的元素分布情況定性以及定量分析。

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