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X射线荧光光谱分析结果不能用作确定陨石的唯一依据

 

X射线荧光光谱分析结果不能用来确定陨石

X射线荧光光谱分析(XRF)结果可以用作鉴定陨石的辅助方法之一,但不能用来作为确定陨石的唯一依据。无论是谁,不管是美国的NASA,还是中国的天文台,想仅仅靠一个XRF元素分析就下结论是月球陨石、火星陨石,那是完全不可能的事。

  研究机构现在已经很少使用XRF元素分析来鉴定陨石,但是百姓陨石网和陨石谷鉴定陨石还在使用,为什么呢?不急,慢慢读来。

  XRF元素分析需要复杂的处理过程,需要先将样品研磨成粉末,混合均匀,研磨得越细,混合得越均匀,分析结果就越准确。手持式X射线荧光光谱仪分析同一块石头,不同的位置有不同的结果,就是因为样品不均匀导致的。任何形式的无损检测都不可能得到一个关于样品的准确的平均结果。

样品研磨成粉末

  研磨后的粉末再在高压压片机上压出平整的片,用X射线荧光光谱分析这个平整平面的元素组成。下图就是压片机和压成的片。

压片机

样品粉末压成的片

  压片再在下面的大型X射线荧光光谱分析仪上按编好的序列自动抓取分析,分析环境为真空,消除空气中的氧气、氮气和二氧化碳的影响:

X射线荧光光谱分析仪

  XRF分析结果代表的是岩石的平均组成,更能说明岩石的属性。有资料介绍要将粉末放到高温炉中烧结成玻璃,再进行测定,这样会导致挥发分和钠钾含量偏低。百姓陨石网和陨石谷采用的方法是直接压片法分析。

  既然XRF分析结果代表的是岩石的平均组成,更能说明岩石的属性,那为什么研究机构鉴定陨石已经很少使用此方法了呢?原因很多:

(1)太繁琐。把石头搞成极细的粉末,是不容易的。现在的知识分子都忙着发论文、写专利、晋职、拿项目,健身的人很少,能跑完万米的没见过,能单手提起百斤的太少,要完成这样的体力活有点费劲;

(2)消耗样品太多,最少也要1克,如果去掉压片周围的辅料需要十几克。像中国在南极发现的GRV99027火星陨石仅有9.97克,怎么允许做这样的分析呢?

 

(3)研究机构在实际工作中,使用能谱或电子探针分析矿物成分更简单,但是费用高。

  那百姓陨石网和陨石谷问什么不用电子探针分析矿物成分呢?这又回到了最初的问题,也就是研究机构已经很少使用XRF元素分析来鉴定陨石,但是百姓陨石网和陨石谷鉴定陨石还在使用,为什么呢?

  为什么呢?因为研究机构拿到手的样品基本上都是目测就可以确定是陨石的样品,只是不知道类型,用电子探针直接测定其中的橄榄石、辉石、铁镍金属的组成,来进行验证和确定类型而已,不需要考虑其中有没有橄榄石、辉石等。而百姓陨石网和陨石谷拿到的是普通的火成岩、铁矿石、炉渣,连橄榄石、辉石都没有,拿电子探针测什么?研究机构不可能拿电子探针去鉴定一块铁矿石,看它是不是陨石,这毫无意义,白浪费时间。

  百姓陨石网和陨石谷提供的是服务,不管你拿什么石头都给你做鉴定分析,拿铁矿石来,行!拿玛瑙来,可以!拿化石沉积岩来,没问题。百姓陨石网和陨石谷采用的方法兼顾了经济性、合理性、专业性和大众性,对普通民众所送检的石头来说,就是最合适的鉴定方法。官方检测机构一开始就用电子探针的检测方法,不适合于普通民众所送检的石头。

  X射线荧光光谱仪的分析能力是有局限性的,对于主要元素氧O、硅Si、镁Mg、钙Ca、铁Fe、钠Na、铝Al等含量高于0.1%的元素来说,分析结果是非常可靠的(手持式的简易X射线荧光光谱检测不出氧、钠),但是对于含量低于0.1%的微量元素的分析能力较差,即使能出结果也不可靠,要使用其他的分析手段,如中子活化分析(INNA)、电感耦合等离子体原子发射光谱仪(ICP-AES)、电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)等方法,需要注意的是样品也要均匀,否则仪器准了但样品没有代表性也白搭。

  本文的题目是:X射线荧光光谱分析结果不能用来确定陨石。是的,是不能确定。用现代冶金技术,按铁陨石的元素组成比例制造出铁镍合金,用XRF测出的元素组成跟铁陨石完全一样,能确定是铁陨石吗?不能。地球上的铁镁质岩的元素组成特点是铁镁含量高、钠钾含量低(手持式简易X射线荧光光谱检测不出钠,而是将钠归入轻元素LE中),跟大多数陨石一样,也不能确定是陨石。通过XRF结果只能得到“数据跟陨石相似,可能是陨石”,至于是不是陨石,是需要更多的其它分析方法的结果做支持。通过XRF分析得出是火星陨石、月球陨石的结果,那更是无稽之谈了!

 

  并不是你所见到的元素分析结果都是可靠的,有星友给我发了这样一张图,问我是不是陨石:

手持式X射线荧光光谱仪

  我的回答是:“数据完全错误,没有任何借鉴意义!”

  并非买个仪器,充上电,开机就能用,要看懂这些数据需要化学基础,岩石学基础,这不是一日之功,在贴吧混到十级,在博客混到十万粉丝也没用。手持式X射线荧光光谱仪的分析结果中的LE,不是未知元素,是轻元素(Light Element),手持式X射线荧光光谱仪的分析能力局限性很大,只能检测镁(Mg)和铀(U)之间的元素,它检测不了比镁元素轻的元素(氢、氦、锂、铍、硼、碳、氮、氧、氟、氖、钠),用100%减去检测到的镁和比镁元素重的元素的总量就是LE。百姓陨石网和陨石谷分析元素用的是研究用的大型X射线荧光光谱仪,可以检测出氧(O)和铀(U)之间的元素,可以把手持式X射线荧光光谱仪不能测出的氧、氟、氖、钠都能测出来。

  哪种岩石中氢、氦、锂、铍、硼、碳、氮、氧、氟、氖、钠的总和为95.14%呢?结论是没有一种常规岩石会是这个结果!

  用手持式X射线荧光光谱仪测元素组成,只有如下情况可能出现LE超过90%的情况:

(1)无烟煤和沥青,这算不上是岩石;

(2)石墨和金刚石,这也不是普通岩石;

(3)岩石表面有一层动物油、植物油或人工合成碳氢氧高分子材料;

(4)人工合成的含碳、氮、氧有机物;

(5)仪器没有用标准矿物校准,开机就用。

(6)分析环境不是真空,空气中的氧气、氮气和二氧化碳造成无法消除的影响。

  所以我说“数据完全错误,没有任何借鉴意义!”,根本就不可能是一块正常岩石的结果。我们所见到的常规岩石中方解石CaCO3的含碳和氧的量很高,碳加氧C+O的含量也只有60%,没有任何常规岩石的LE含量会超过90%。

  依靠单一的XRF数据,即使数据正确都不能确定一块石头是陨石,你相信错误的结果能吗?

 


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