1 扫描仪器与条件

　　测试仪器为美国FEI公司产的XL30ESEM扫描仪电子显微镜并配装美国EDAX公司产的X射线能量色散谱仪(Genisis软件系统),将X射线能量色散谱仪设置为标准的定量定性分析界面(SPECTRUM),选择ZAF修正选项后作元素的无标样定量分析。测试条件:低真空模式,电压为20kV,工作距离为10mm,放大倍率为100～300(分析表面积约为0.1～1.0mm2)。被测样品不作任何预处理,直接放入样品室,选择其平坦抛光部位作为分析区域。

　　扫描电子显微镜是通过电子束射在样品上而成像,当样品不能充分导电时,电子束会在其表面形成电荷积累,从而影响观察图像。当扫描电子显微镜处于低真空模式时,样品室的工作状态处于133Pa大气压[1],这是往高真空状态样品室通入一定量的气体(水汽)而形成。在这种低真空工作状态下,样品室中的气体在电子束的轰击下被电离,其正离子趋向于电荷积累的样品表面并将其中和,使得被测区域的图像观察不被干扰。因此,被测宝玉石样品无须导电(镀导电膜),从而保证其无损测试与分析。

　　2 结果与分析

　　首先,采用水晶(单晶SiO2)校准X射线能量色散谱仪中O元素谱线的相对强度(SEC),其校准谱见图1。在同等测试条件下,对翡翠、岫玉、软玉(产于中国青海昆仑山脉)、合成红宝石和合成水晶等样品进行了无标样定量分析,测试结果见图2。同时,评估了样品的定量分析数据,其氧化物的标准化学分子式与其X射线能量色散谱仪的定量数据比较。

　　据相关资料显示,翡翠的主要矿物为硬玉,还含有角闪石、钠长石、铬铁矿、钠铬辉石、透辉石、绿辉石和沸石等,其硬玉的化学成分为NaAl2Si2O6,并含有Cr,Fe,Ca,Mg,Mn,V和Ti等元素;岫玉的矿物名称为蛇纹岩,其主要矿物为蛇纹石,化学成分为(Mg,Fe,Ni)3Si2O5(OH)4,并常见方解石、滑石和磁铁矿等伴生矿物;软玉的主要矿物为透闪石,其化学成分为Ca2(Mg,Fe)5Si8O22(OH)2;合成红宝石的化学成分为Al2O3,含有Cr等元素;合成水晶的化学成分为SiO2.

　　　从能谱结果可以看出,水晶与合成红宝石中无碳峰,说明仪器对样品不存在碳污染。但其它非单晶样品则存在附加的碳峰(可忽略不计),可能因其表面存在微小凹坑裂缝、致使在空气中吸附碳而引起。因此,当被测宝玉石的基体材料中存在碳酸钙或其它含碳化合物时,其能谱定量分析结果将会受到较大的影响。

　　3 与其它无损分析仪器的比较

　　1.光谱分析仪一般只能定性、定量分析Na(Z=11)到U(Z=92)元素,无法定量分析O元素。从本文被测样品的标准分子式看,虽然X射线荧光分析仪均配有氧化物的分析软件,但其所测11号以上元素并进行无氧定量分析,再将各元素配成正常价态的氧化物后作归一化处理而得出的氧化物定量结果,若被分析样品中含有OH或F等其它阴离子就无法给出正确值。因此,采用X射线荧光分析仪定量分析未知的氧化物材料较难达到预期效果。

　　2.光谱分析仪仪标准数据库中的物相结构数据来自于粉末压片样品,若从块状宝玉石样品上获得衍射数据则会有一定的误差,另外,部分宝玉石为多相结构或同素异构体,也会给衍射谱图的识别和计算机自动物相检索匹配带来困难。因此,笔者认为,如果无其它仪器的配合,X射线粉末衍射仪很难实现对宝玉石样品的快速分析与鉴别。

　　3.傅里叶红外光谱仪与激光拉曼光谱仪主要根据被测样品的振动能与转动能来分析其物相结构,以分析有机聚合物为主,对无机氧化物的分析难度较大。

　　扫描电子显微镜配装X射线能量色散谱仪还具有其它优点。如,若被测宝玉石首饰中有贵金属,则可同时分析宝玉石与贵金属的成分。扫描电子显微镜可观察宝玉石的表面微区,对工匠的雕凿风格与工艺水平的评估可达到微米水平。该仪器中的样品室宽大,一般珠宝玉石产品都可放进去分析其任何部位。现今,国际上已有生产厂商开发了超大样品室的扫描电子显微镜配装X射线能量色散谱仪,其间可放进整个中国秦兵马俑分析其微区。

　　4 结语

　　目前,扫描电子显微镜的工作效率已经很高,采用分子涡轮泵抽真空只需2～3min,分析一个样品只需5～10min,且可同时分析多个样品。其中,最近开发的X射线能量色散谱仪硅漂移探头无需液氮置冷,在相同的时间与条件下,其计数率是原来锂漂移硅探头的十几倍,既节省了运行费用,又加快了分析测试的速度。综上所述,在低真空模式下,扫描电子显微镜配装X射线能量光谱分析仪更适合于无损、快速鉴别宝玉石材料。