II大型仪器鉴定之一电子探针、XRF、XRD

宝石(Shi)鉴定方法

第三章大型仪器鉴定第一页，共五十二页。宝石(Shi)鉴定大型仪器对一般宝石品种的鉴定工作只需借助常规仪器即可。但随着人工生长与改善宝石技术的迅速提高，其产品与天然相似物间的识别越来越难，有时为了准确地鉴定，或者开展对宝石的研究工作，均需动用大型仪器。大型仪器不但购置和运转的成本高，而且常对样品有损伤，应谨慎使用。目前常用的宝石鉴定大型仪器有：

第二页，共五十二页。宝石鉴定常用大(Da)型仪器电子探针X荧光X衍射扫描电镜透射电镜红外拉曼第三页，共五十二页。电子(Zi)探针

Electronprobemicroanalyzer电子探针分析（EMPA）的基本原理：用直径小于1μm的电子束来激发样品，然后借助于相应的探测系统和信息处理系统收集和处理被激发微区所产生的各种信息。如特征Ｘ射线、二次电子、俄歇电子、透射电子及阴极荧光等。用途：用以研究微区的化学成份、表面形貌和结构特征等。特点：微区分析，非破坏性。

第四页，共五十二页。EPMA的(De)原理电子探针有一套完整的X射线波长和能量探测装置（波谱仪WDS和能谱仪EDS），用来探测电子束轰击样品所激发的特征X射线。由于特征X射线的能量或波长随着原子序数的不同而不同，只要探测入射电子在样品中激发出的特征X射线波长或能量，就可获得样品中所含的元素种类和含量，以此对样品微区成分进行定量分析。电子探针的优缺点：分析区小、准确度高、灵敏度高、B-U无损分析低原子序数的误差较大，不能做大面积的成分平均分析仪器比较复杂，价格昂贵第五页，共五十二页。第六页，共五十二页。制(Zhi)样的设备第七页，共五十二页。制(Zhi)样第八页，共五十二页。第九页，共五十二页。第十页，共五十二页。第十一页，共五十二页。第十二页，共五十二页。第十三页，共五十二页。第十四页，共五十二页。第十五页，共五十二页。第十六页，共五十二页。第十七页，共五十二页。日本电子(Zi)株式会社第十八页，共五十二页。

名称：SX51型电子探针

型号：SX51

性能指标：法国CAMRCA公司生产1994年10月安装使用

配备3道波谱仪（WDS）、OXFORD公司LINKISIS能谱仪（EDS）以及阴极发光（CL）探头。

空间分辨(Bian)率7nm；

8块分光晶体，可分析Na-U间的元素。中国科学院地质与物理研究所第十九页，共五十二页。中国科学院地质与物理研究(Jiu)所名称：JXA-8100型电子探针

型号：JXA-8100

性能指标：日本JEOL公司生产2006年7月安装使用

配备4道波谱仪（WDS）、OXFORD公司INCA能谱仪（EDS）以及GATAN公司MonoCL具展谱功能的阴极发光分析仪（CL）。

空间分辨率7nm；

8块分光晶体，可分析F-U间的元素。第二十页，共五十二页。北京(Jing)科技大学名称：电子探针显微分析仪（EPMA）型号：JEOLJXA-8100性能指标：日本电子生产，由四道谱仪、八块分光晶体组成，专门购置了针对Be和B分析的分光晶体。主要进行微区化学成分的定性定量分析，特别是轻元素的定量分析。二次电子分辨率：6nm（工作距离11mm）束流范围：10-5~10-12A束流稳定度：±0.5×10-3/h；±3×10-3/12h放大倍数：×40~×300,000元素探测范围：4Be~92U最大分析样品尺寸：100mm×100mm×50mm第二十一页，共五十二页。第二十二页，共五十二页。第二十三页，共五十二页。第二十四页，共五十二页。EPMA的其他(Ta)应用对宝石表面或露出宝石表面的晶体包体选定微区作定点的成分分析和形貌扫描，得出晶体包体的定性或者定量的化学成分，图形，确定包体的种类。测定充填处理红宝石的结果显示充填物为铅玻璃。

第二十五页，共五十二页。宝石(Shi)鉴定常用大型仪器电子探针X荧光X衍射扫描电镜透射电镜红外拉曼第二十六页，共五十二页。X荧(Ying)光原理X射线照射到样品表面，产生特征X射线，根据所得的特征X射线确定样品的元素组成。X射线原子荧光(特征X射线)第二十七页，共五十二页。定性(Xing)分析与定量分析X荧光定性分析莫斯莱（moseley)定律特征波长与原子序数Z关系是定性分析的基础。X荧光定量分析在指定波长下，X射线荧光强度与被测元素的含量成正比，是定量分析的依据。=k（Z-s）-2第二十八页，共五十二页。X射线荧光用途：成分的定性、定量分析。可测定原子序数(Shu)5~92的元素，可多元素同时检测。其检测限达10-5~10-9g·g-1（或g·cm-3）。优点：谱线简单；方法特征性强；不破坏试样；分析含量范围广。第二十九页，共五十二页。北京工业大学固(Gu)体所型号：Magix(PW2403)生产厂家：荷兰PANalytical公司启用日期：2003年11月技术指标：功率：3KWX光管：超尖锐陶瓷X射线管分析浓度范围：ppm-100％仪器稳定性:RMS≤0.5%用途:适用于各种样品中元素的定性定量测定，分析元素范围为C、O到U之间的元素，并可进行镀层厚度及组成分析，是一种快速、准确的无损检测方法。第三十页，共五十二页。北京工业大学(Xue)材料学(Xue)院型号：XRF-1800生产厂家：日本SHIMADZU(岛津)启用日期：2009年10月适用范围：液体、粉末、固体、金属、氧化物等，不受试样形状和大小的限制，不破坏试样，要求试样应成分均匀。用途：除了H，He，Li，Be，B，C，N外，可对周期表中从8~O到92~U作元素的常量、微量的定性和定量分析。特点:操作快速方便，谱线简单：在短时间内可同时完成多种元素的分析。缺点：灵敏度偏低，一般只能分析含量大于0.01％的元素第三十一页，共五十二页。北(Bei)京大学名称：X射线荧光光谱仪型号：S4-Explorer厂家：德国Bruker(布鲁克)公司性能指标：采用多层膜分光晶体，优化准直器，超薄75

mｍ铍窗，1000

W端窗陶瓷X光管。1KW端窗/75μm铍窗

1000W/多层膜分光晶体/优化准直器。1

KW端窗，超薄75μm铍窗，多层膜分光晶体，优化准直器。

分析浓度范围ppm至100%。

第三十二页，共五十二页。宝石学应(Ying)用鉴定宝石种属红宝石Al2O3、红色尖晶石MgAl2O4合成宝石鉴别早期的合成欧泊中有时含有天然欧泊中不存在的Zr合成蓝色尖晶石中存在Co合成钻石中有时存在Fe、Ni等触媒剂成分。合成钻石中的金属包体第三十三页，共五十二页。宝石(Shi)鉴定常用大型仪器电子探针X荧光X衍射扫描电镜透射电镜红外拉曼第三十四页，共五十二页。X衍射(She)仪基本用途：物相鉴定基本原理：任何一种结晶物质都具有特定的晶体结构在一定波长的X射线照射下，不同的晶体结构产生完全不同的衍射花样不可能有两种晶体结构的衍射花样完全相同多相试样的衍射图谱不因为存在多相而产生变化，只是各自衍射花样的机械叠加第三十五页，共五十二页。X衍射(She)原理晶体中各个电子的散射波可相互干涉。散射波周相一致相互加强的方向称衍射方向。Bragg公式：实质：光程差等于波长整数倍（周相一致）第三十六页，共五十二页。

晶体是由许多平行的原子面组成的，X射线衍射可(Ke)以看作是原子面对入射线的反射。在X射线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，是干涉加强的方向。X射线在晶体中的衍射第三十七页，共五十二页。X射(She)线粉晶衍射(She)仪基本组成X光管测角仪探测器计算机系统X光管测角仪样品台探测器第三十八页，共五十二页。常规的X射线衍射仪衍射几(Ji)何第三十九页，共五十二页。北京工业大学材料(Liao)学院名称：X射线衍射仪仪器：XRD-7000厂家：日本岛津公司技术指标X射线发生部3kW，CPU控制测角仪2θ~θ，θ~θ联动，θ或2θ独立测量角度的重现性

±0.001゜(θ)扫描角度范围-6～＋163゜（2θ），-180～＋180゜（θ）特点：连锁安全结构配备高速运转（10.00°/min）高精度角度重现性（±0.0001°）水平型测角仪，能够测定超大型样品、液体样品。独立2轴驱动，可进行掠入射测量。高温附件（25℃～1200℃）功能：无损分析，定性分析、晶格常数确定和应力测定；定量分析、粒径和结晶度分析等。第四十页，共五十二页。北京工业大学固(Gu)体所型号：型号：D8ADVANCE生产厂家：德国BRUKER公司启用日期：2003年11月技术指标:扫描方式：/测角仪2测量范围：-10～155可读最小步长：0.0001角度重现性：0.0001高温附件：室温～1600℃，固体探测器、位敏探测器服务范围:物相的定性及定量分析晶块大小测定宏观应力的测定微观应力的测定指标化和点阵常数结构分析不同温度下样品结构变化第四十一页，共五十二页。日本理学(Xue)D/max系列第四十二页，共五十二页。X衍射在考(Kao)古领域的应用

陶瓷、绘画考古研究制作陶瓷使用的材料,以及绘画使用的矿物颜料,都是天然物质。由于产地的不同,这些原料的成份会有一些不同。利用XRD,可进行陶瓷、绘画考古,如产地及真伪的鉴别。案例一：江苏新沂县花厅出土了两类陶器，一类属大汶口文化，而另一类属良渚文化。刘方新等利用X射线衍射对这两类陶器中的钠长石和钾长石进行了定量分析，良渚风格陶器中的长石含量明显低于大汶口风格陶器中的长石含量说明此种陶器来自外地，似对“战争掠夺”论有利。案例二：瑞士的Chatillon–S–Glane地区发现了与德国Heuneburg地区风格相同的陶器，X射线衍射分析说明是在Chatillon–S–Glane当地烧制的，应是两地文化交流的结果。第四十三页，共五十二页。X衍射(She)在医药领域的应用对中药材进行表征与真伪鉴别1.中药与西药不同,不是单一的化学物质,而是天然的动物、植物或矿物。对中药的识别从来是依靠形象描述。X射线粉末衍射谱具有指纹性,混合物的X射线粉末衍射谱是单一衍射谱的叠合,仍有指纹性,因而可以作为一种表征中药材的现代测试手段。2.中药总是一种复合药,利用X射线粉末衍射可以分析出它所含的各种物相及相对含量。可以分析不同产地、不同采摘期、不同部位药材组成的变化。第四十四页，共五十二页。第四十五页，共五十二页。第四十六页，共五十二页。中药总是一种复合药,利用X射线粉末衍射可以分析出(Chu)它所含的各种物相及相对含量。可以分析不同产地、不同采摘期、不同部位药材组成的变化。第四十七页，共五十二页。X衍射(She)在宝石领域的应用

——真伪宝石鉴别

碧玉的X衍射图翡翠的X衍射图东陵玉的X衍射图真宝石的X衍射图第四十八页，共五十二页。X衍射在宝石领域的应用

——真(Zhen)伪宝石的鉴别

塑料仿宝石的X衍射图玻璃仿宝石的X衍射图假宝石的X衍射图第四十九页，共五