II-3-大型仪器鉴定之一电子探针、XRF、XRD
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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。
宝石鉴定常用大型仪器
电子探针
X荧光
X衍射
扫描电镜
透射电镜
红外
拉曼
X荧光原理
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)
定性分析与定量分析
X荧光定性分析
宝石鉴定方法
第三章 大型仪器鉴定
宝石鉴定大型仪器
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。
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℃）
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。
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
北京大学
名称：X射线荧光光谱仪
莫斯莱（moseley)定律 = k（Z-s）-2
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。
X射线荧光用途：成分的定性、定量分析。
可测定原子序数5~92的元素，可多元素同
时检测。其检测限达10-5~10-9 g·g-1（或
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。
北京科技大学
是干涉加强的方向。
X射线粉晶衍射仪
基本组成
•
•
•
•
X光管
测角仪
探测器
计算机系统
测角仪
样品台
X光管
探测器
常规的X射线衍射仪衍射几何
北京工业大学材料学院
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2 θ 独立
变化。
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。
X衍射在宝石领域的应用
——真伪宝石鉴别
真宝石的X衍射图
翡翠的X衍射图
碧玉的X衍射图
东陵玉的X衍射图
X衍射在宝石领域的应用
——真伪宝石的鉴别
玻璃仿宝石的X衍射图
70
80
X衍射在宝石领域的应用：宝石鉴定
苏纪石主要矿物组成--硅铁锂钠石
翡翠及仿制品的鉴别
水沫子玉——钠长石？硬玉？
X衍射优缺点
优点：
测试样品用量少，测试快速、准确，且不破坏样品。
X射线分析可以确定宝石的种属、区分宝石及其仿制品、
测定晶胞参数。
缺点：
不能区分天然宝石与相对应的合成宝石。
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。
X衍射在医药领域的应用
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
目前常用的宝石鉴定大型仪器有：
宝石鉴定常用大型仪器
电子探针
X荧光
X衍射
扫描电镜
透射电镜
红外
拉曼
电子探针
Electron probe micro analyzer
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。
EPMA 的原理
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
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。
北京工业大学材料学院
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
中国科学院地质与物理研究所
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LINK ISIS能谱仪
（EDS）以及阴极发光（CL）
探头。
空间分辨率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
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
EPMA的其他应用
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，
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。
北京工业大学固体所
型
号：D8 ADVANCE
生产厂家：德国BRUKER公司
型
启用日期：2003年11月
号
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
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
制样的设备
制样
日本电子株式会社
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
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
日本理学D/max系列
X衍射在考古领域的应用
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
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%。
单晶宝石受晶体定向影响、仅能得到平行于晶体表面的部
分衍射峰，物相鉴定存在一定难度。
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。
北京工业大学固体所
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：3KW
X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%
名称：电子探针显微分析仪（EPMA）
型号：JEOL JXA-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
假宝石的X衍射图
[玻璃.txt] //////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
125
塑料仿宝石的X衍射图
In te nsity(Co un ts)
100
75
50
25
0
10
20
30
40
50
60
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）
X 射线在晶体中的衍射
ブラッグの法則
2dSinθ=nλ
入
射
）
折
回
X
）
λ
（
線
θ
d
晶体是由许多平行的原子面组成的，X射线衍射可以看
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，
宝石学应用
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
宝石鉴定常用大型仪器
电子探针
X荧光
X衍射
扫描电镜
透射电镜
红外
拉曼
X衍射仪
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
X衍射原理
晶体中各个电子的散射波可相互干涉。散射波
测定充填处理红宝石的结果显示充填物为
铅玻璃。
宝石鉴定常用大型仪器
电子探针
X荧光
X衍射
扫描电镜
透射电镜
红外
拉曼
X荧光原理
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)
定性分析与定量分析
X荧光定性分析
宝石鉴定方法
第三章 大型仪器鉴定
宝石鉴定大型仪器
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。
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℃）
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。
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
北京大学
名称：X射线荧光光谱仪
莫斯莱（moseley)定律 = k（Z-s）-2
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。
X射线荧光用途：成分的定性、定量分析。
可测定原子序数5~92的元素，可多元素同
时检测。其检测限达10-5~10-9 g·g-1（或
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。
北京科技大学
是干涉加强的方向。
X射线粉晶衍射仪
基本组成
•
•
•
•
X光管
测角仪
探测器
计算机系统
测角仪
样品台
X光管
探测器
常规的X射线衍射仪衍射几何
北京工业大学材料学院
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2 θ 独立
变化。
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。
X衍射在宝石领域的应用
——真伪宝石鉴别
真宝石的X衍射图
翡翠的X衍射图
碧玉的X衍射图
东陵玉的X衍射图
X衍射在宝石领域的应用
——真伪宝石的鉴别
玻璃仿宝石的X衍射图
70
80
X衍射在宝石领域的应用：宝石鉴定
苏纪石主要矿物组成--硅铁锂钠石
翡翠及仿制品的鉴别
水沫子玉——钠长石？硬玉？
X衍射优缺点
优点：
测试样品用量少，测试快速、准确，且不破坏样品。
X射线分析可以确定宝石的种属、区分宝石及其仿制品、
测定晶胞参数。
缺点：
不能区分天然宝石与相对应的合成宝石。
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。
X衍射在医药领域的应用
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
目前常用的宝石鉴定大型仪器有：
宝石鉴定常用大型仪器
电子探针
X荧光
X衍射
扫描电镜
透射电镜
红外
拉曼
电子探针
Electron probe micro analyzer
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。
EPMA 的原理
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
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。
北京工业大学材料学院
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
中国科学院地质与物理研究所
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LINK ISIS能谱仪
（EDS）以及阴极发光（CL）
探头。
空间分辨率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
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
EPMA的其他应用
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，
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。
北京工业大学固体所
型
号：D8 ADVANCE
生产厂家：德国BRUKER公司
型
启用日期：2003年11月
号
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
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
制样的设备
制样
日本电子株式会社
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
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
日本理学D/max系列
X衍射在考古领域的应用
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
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%。
单晶宝石受晶体定向影响、仅能得到平行于晶体表面的部
分衍射峰，物相鉴定存在一定难度。
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。
北京工业大学固体所
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：3KW
X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%
名称：电子探针显微分析仪（EPMA）
型号：JEOL JXA-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
假宝石的X衍射图
[玻璃.txt] //////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
125
塑料仿宝石的X衍射图
In te nsity(Co un ts)
100
75
50
25
0
10
20
30
40
50
60
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）
X 射线在晶体中的衍射
ブラッグの法則
2dSinθ=nλ
入
射
）
折
回
X
）
λ
（
線
θ
d
晶体是由许多平行的原子面组成的，X射线衍射可以看
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，
宝石学应用
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
宝石鉴定常用大型仪器
电子探针
X荧光
X衍射
扫描电镜
透射电镜
红外
拉曼
X衍射仪
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
X衍射原理
晶体中各个电子的散射波可相互干涉。散射波