利用标准曲线法测定黄铁矿最优标样的电子探针分析方法

张宗伟　王源东　蒋鑫　徐放　刘奕志　陀健超　陈远荣

摘 要：本文主要分析利用标准曲线法测定黄铁矿在电子探针分析时最优标样的选择。试验表明，在进行电子探针测试时，标样的选择对试验数据起着决定性作用。通过电子探针分析，也可寻找特殊矿物的可替代标样，建立一套分类标样数据库和标样反测数据库，为提高电子探针测试效率，深入研究开发电子探针测试技术提供重要的研究方向。

关键词：黄铁矿;最优标样;电子探针;标准曲线法

中图分类号：P575.1文献标识码：A文章编号：1003-5168（2018）25-0093-03

电子探针因具有高空间分辨率（约1μm）、简便快速、精度高、分析元素范围广（4Be～92U）、不破坏样品等特点，被广泛应用于地质、宝石鉴定、材料成分、铸钢等众多领域[1-5]。随着精细化试验研究的开展，如何提高测试准确度和效率，如何把控细节，规范化日常流程，将为微束测试精细基础化研究提供重要研究思路。

1 仪器工作原理、结构及校准

1.1 电子探针工作原理及结构

电子探针是利用检测电子束照射物质表面时产生的特征X射线，借助相应的探测系统和信息处理系统收集与处理被激发微区产生的各种信息（见图1），如特征X射线、二次电子、背散射电子、吸收电子、透射电子及阴极荧光等，可在物质表面进行从微区到大面积的图像观察（非破坏性的）和元素分析（定性和定量分析）。其主要结构包括电子束照射系统（电子光学系统）、样品台、X射线分光（色散）器、真空系统和计算机系统（仪器控制与数据处理）（见图2）[6]。

1.2 仪器校准及规范

桂林理工大学电子探针型号为JXA-8230，该仪器的校准正确与否直接影响测试的准确度。校准过程包括仪器硬件校正、软件测试参数设置。此外，试样要求及制备、测试精度规范应按相应规范执行。

1.2.2 试样要求及制备方法。试样要求及制备方法如下。

①试样要求。固体样品、表面抛光、厚度均匀，在高压电子束照射下稳定、无磁性、无放射性且导电;若试样本身不导电，应喷涂导电膜，其厚度应与标样喷涂的导电厚度相同（15nm）。试样的尺寸可根据不同样品台的尺寸选放光片、光薄片、探针片及圆形靶等样品，方形样品台面（长×宽×厚=47mm×27mm×2mm）可放光薄片、探针片;圆形样品台包括：单孔样品台（内径75mm）可放光片;四孔样品台（内径35mm）;九孔样品台（内径25mm）可放圆形靶。

②制备方法。粉末试样，用环氧树脂等镶嵌材料混合后，进行粗磨、细磨及抛光方法制备;块状试样，用环氧树脂等镶嵌后，进行研磨和抛光。较大的块状试样也可以直接研制和抛光。

1.2.3 测试精度规范。测试结果严格按照中华人民共和国国家标准文件规范执行，表2列出了常见矿物测试精度规范。

2 试验条件的选择

2.1 激发电压的选择

用电子探针对黄铁矿进行定量分析，通常选用15kV的加速电压。

2.2 电子柬流的选择

在对黄铁矿进行定量分析时，需用20nA的电子柬流便可得到满意的分析结果，这是因为黄铁矿中铁含量高。

2.3 束斑大小的选择

此次测试所用到的电子探针为JXA-8230，束斑的大小与样品单位面积上所照射的电子密度呈负相关，因此，束斑的选择又不能太大。在对黄铁矿进行定量分析时，5μm的束斑即可满足测试的需求。

3 标准曲线的建立

3.1 待测样品、标样的选取

选用天然的黄铁矿作为该试验的基础样品，将其制作成薄片用作待测样品。通常，标样选择的合理直接决定试验数据的有效性。本研究所采用的标样均为中国地质科学院颁发的矿物标样，具有较好的均一性和代表性，分别为黄铁矿FeS2、磁铁矿Fe3O4、赤铁矿Fe2O3、单质铁Fe、镁橄榄石（Mg，Fe）2SiO4。

3.2 待測样品的测试及标准曲线的绘制

基础样品黄铁矿经过常规操作，最后通过压片机制成光薄片，镀碳后，即可在JXA-8230电子探针上测试。本次研究选取了常见并具有代表性的5种标样，在相同测试条件下（15kV-20nA-5μm），通过改变测试黄铁矿所需标样的方式，分别测试其成分含量，每组标样测试5组有效数据后取平均值，通过平均值与中国地质科学院颁发的黄铁矿中各个元素理论值相比，即可得到相对应标样的最优百分比，建立测试黄铁矿最优标样判定曲线图（见图3）。图表显示，用于测试黄铁矿的5种标样测试的结果均在误差范围内，一般而言，5种标样均可作为测试标样测试黄铁矿，但相较而言，5种标样的测试结果也有优劣之分，标准曲线图直观地显示出赤铁矿所勾画出的曲线相较最远（100%），黄铁矿与理论值最为吻合，故而初步判定在此5种标样中，测试待测矿物黄铁矿时所选用的最优标样应为黄铁矿，单质铁、磁铁矿、镁橄榄石、赤铁矿相继次之。

3.3 可替代的最优标样选择

在日常测试中，尚不能拥有所有自然标样矿物，因此需要寻找合适的可替代标样。从黄铁矿电子探针测定中，经综合分析，可选择单质铁、磁铁矿等作为替代标样，而赤铁矿和镁橄榄石测定结果相对较差。

3.4 标样数据库和标样反测数据库的建立

数据库的建立是一个相对较长且循序渐进的过程，应包括建立不同（10、15kV和20kV）条件下标样数据库和对应反测标样数据库。电子探针能否准确定量分析，标样数据库的准确性直接影响测试的准确性。为此，在做完某一种矿物的标样之后，通常需要进行反测（以标准为待测样品），即定量分析，通过比较反测数据与理论数据的差异，确定标样是否可以应用到后续的测试试验中，反测数据结果是一种判定标准有效与否的重要依据。完整的标样数据库是该试验设备测试能力的直接反映。

4 总结

①微区原位高精度电子探针室的规范化管理及应用，规范了实验室管理，促进人员分配，同时建立一套有效分类标样数据库，可提高高校大型仪器利用率，间接增加了测试单位效益，是一项长期的循序渐进的工作。

②实例论证研究表明：标样选择的原则为同种标样优先，要灵活考虑寻找可替代的最优标样，有助于理清电子探针测试技术基本原理，有效促进对电子探针仪器应用开发的研究。

③建立标准分类数据库和反测数据库，有助于快速更新标样库，提供方便快捷的测试方法。

参考文献：

[1]K.G.Gartzman，A.N.Efimov，任学谦.无标准定量电子探针微分析[J].地质地球化学，1982（10）：54-56.

[2]周剑雄，陈振宇，芮宗瑶.独居石的电子探针钍-铀-铅化学测年[J].岩矿测试，2002（4）：241-246.

[3]刘玉龙，陈江峰.独居石电子探针化学年龄方法[J].地学前缘，2003（2）：394.

[4]李学军，郭涛，王庆飞.电子探针化学测年方法[J].地学前缘，2003（2）：411-414.

[5]张文兰，王汝成，华仁民，等.副矿物的电子探针化学定年方法原理及应用[J].地质论评，2003（3）：253-260.

[6]邱伟强，殷曦敏，周颖越，等.高校院级大型精密仪器设备管理探讨[J].实验室研究与探索，2014（6）：255-258.