电子探针测试石英中Al和Ti含量的研究

论文摘要

石英作为地壳中普遍存在的矿物,在多种地质环境下都可生成,其中的微量元素含量包含有许多矿物的成因信息。例如石英中的Ti含量可用来计算其结晶时的温度和压力,热液石英中Al含量的变化可反映流体PH值变化。结合石英的阴极发光图像和石英中Al、Ti、K等微量元素分布,石英在岩浆演化、矿床成因等方面具有广泛的应用。因此,准确获得石英中微量元素的含量具有重要的地质意义。对于微区原位微量元素的测定,使用的仪器有激光剥蚀-电感耦合等离子体质谱仪和离子探针,两者分析能力较强,但在在分析过程中会对样品造成破坏且空间分辨率较低。电子探针具有无损和高空间分辨率的优点,但是提高其分析微量元素的精确度和准确度是一个难题。本文系统研究了影响石英中微量元素测试精确度和准确度的因素。影响测试精确度的因素主要有,加速电压、束流和计数时间。影响测试准确度的因素主要包括:（1）石英在高束流条件下晶格极易被破环,造成元素的迁移,导致特征X射线计数强度随时间变化而发生变化,造成测试结果不准确;（2）两点插值法获取背景值的方法对于背景曲线非直线的元素（如Al-Kα）,会造成巨大的误差;（3）一些干扰因素,包括干扰峰（如Al-SKβ对背景测试的影响）、二次荧光效应（如临近石英的长石对石英中Al测试的影响）、“台阶”（出现于Ti-Kα的背景上）和由于二次布拉格衍射效应产生的“洞”。实验中在100、200、300、400、500、600nA束流条件下,分别使用15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25kV加速电压,对Al和Ti的检测限变化情况进行了研究,发现随着电压的升高Al的检测限先轻微下降后略有上升,总体变化不大,Ti的检测限随电压的升高一直下降。随着电流的升高,Al和Ti的检测限皆不断降低。但是当电压和电流升高到一定值（20KV,500nA）时,降低检测限的效果都会减弱,因此,本次研究选择20kV加速电压和500nA束流。检测限与计数时间的平方根成反比,根据测试需要,选择200s的计数时间。本文基于电压、电流、背景计数时间和检测限研究,选择20kV加速电压、500nA束流、200s背景计数时间作为实验条件,然后在0、1、2、5、10、15和20μm束斑条件下对Al和Ti的Kα峰位600s内信号强度随时间变化情况（TDI,Time-Dependent Intensity）进行了详细研究,最后选择测试束斑直径为20μm。除此之外,本文还对Al和Ti的Kα峰位两侧背景进行了TDI研究,发现在高电流小束斑条件下,背景位置同样会有TDI的变化。TDI对测试结果影响评估表明,峰值及背景的TDI变化,皆会对测试结果造成巨大的影响。因此,在高电流条件下,必须选择较大的束斑才能有效避免TDI变化。为了排除背景中的干扰因素,对Al-Kα和Ti-Kα的背景进行了详细的波谱扫描,有效地发现了Al-Kα的背景中的Al-Kβ1,3和Al-SKβ及Ti-Kα背景上的“台阶”,对于这些干扰,在选择背景位置时,应与之保持一定的距离来避开。对于二次荧光,采用蒙特卡罗模拟发现,在临近矿物为透长石情况下,二次荧光造成Al测试误差为10μg/g的距离大约是16μm。在临近矿物为金红石情况下,二次荧光造成Ti测试误差为10μg/g的距离大约是360μm。本文在不同实验室采用不同型号的电子探针进行了对比实验,发现“台阶”在PET晶体波谱扫描曲线上普遍存在,“洞”在部分仪器的PETJ晶体上有发现,在PETL晶体上几乎全部都有。本次研究中,基于详细的波谱扫描,在Al和Ti的Kα峰位两侧选择多个背景位置,然后分别使用二次多项式、指数函数、对数函数和幂函数进行背景曲线的拟合并计算背景值,最后采用手工计算,通过ZAF校正,得到Al和Ti含量均在参考值区间内。而采用两点插值法计算所得Al的含量明显低于参考值区间,多点背景测试法对于提高测试准确度效果十分明显。此外,本次研究还验证了可以用其他石英样品测试出来的背景作为待测石英样品的背景,极大提高了测试的便捷性。测试结果中,Al和Ti的检测限皆低于9μg/g（3δ）,使用PETL对Ti测试可使检测限低至4μg/g（3δ）,基本满足大部分石英样品测试要求。

论文目录

• 作者简介
• 摘要
• abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 选题背景及意义
•   1.2 石英中微量元素研究
•     1.2.1 石英晶体结构及微量元素赋存特征
•     1.2.2 石英中微量元素测试
•   1.3 研究的主要内容
•   1.4 主要实物工作量
• 第二章 电子探针分析原理
•   2.1 电子探针的发展
•   2.2 电子探针分析的物理基础
•   2.3 电子探针仪器的基本结构
•   2.4 电子探针分析功能
• 第三章 分析方法研究
•   3.1 实验样品
•   3.2 实验仪器
•   3.3 精确度研究
•     3.3.1 加速电压、束流和检测限
•     3.3.2 测试结果的不确定度
•   3.4 准确度研究
•     3.4.1 束流、束斑直径与信号强度随时间变化情况（TDI）
•     3.4.2 精细波谱扫描及干扰处理
•     3.4.3 多点背景测试
• 第四章 测试方法验证
•   4.1 测试流程
•   4.2 不同类型仪器检验
• 第五章 结论
•   5.1 主要结论
•   5.2 存在的问题及建议
• 致谢
• 参考文献

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 崔继强

导师: 杨水源

关键词: 电子探针,石英,微量元素,精确度,准确度

来源: 中国地质大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 地质学

单位: 中国地质大学

分类号: P575.1

DOI: 10.27492/d.cnki.gzdzu.2019.000002

总页数: 66

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