几种科学仪器在沉积物分析中的应用

平直束X射线
Conventional radiography
Divergent beam and
Long distance
Long exposure time
Large scattering volume
Flat beam radiography
High power X-ray tube
Moving sample
X-Ray Spectroscopy
10,000 1,000
Mo-tube Cr-tube Cr-tube HE
X光管与测量元素范围
Photo Cross-section (cm2 /g)
100
10
1 Al Si P S Cl Ar K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr Rb Sr Y Zr
sample
channel counts
X-ray tube
energy (KeV)
detector
amplifier and multi-channel
analyser
X光管初级辐射直接激发样品，由样品发射的荧光直接进入探测器进行光电转换和能 量分辨，实现分光，信号输入多道分析器处理进行定性和定量分析。这种仪器的优点 是定性分析速度快，缺点是对轻元素和重元素的分析效果差。
210Pb定年相关的概念
1、半衰期：放射性元素的原子核有半数发生衰变时所需要的时间，叫半 衰期，放射强度将按指数曲线下降。 2、放射性平衡：在递次衰变中，如果母体的半衰期比任何一代子体都长， 从纯母体出发，经过足够长(5～10倍于最长子体半衰期)时间以后，母体 的原子数与子体的原子数之比不随时间变化，活度相等，称在该母子体 之间达到了放射性平衡，又称久期平衡。 3、过剩铅（210Pbex）：210Pbex=210Pb-226Ra 4、铀系衰变
几种科学仪器在沉积物分析中的应用
2013年11月5日
引言
湖泊是大陆上相对低洼和流水汇集的地区，也是沉积物堆积的重要场所。
主要内容
1 XRF芯体扫描仪
2
高纯锗谱仪
3 总有机碳分析仪
4 气相色谱质谱联用仪
ITRAX系列XRF芯体扫描仪
Instrument key features:
XRF sensitivity: PPM levels (transition metals) Radiographical image resolution: 200 µm Complete digital recording Any sample size (shorter than 1.8m) Completely non-destructive Unattended operation Remote access
（3）现场描述。 （4）上机扫描。
湖芯扫描结果
问题讨论
▪ 1、沉积物长度要求 ▪ 2、样品剖面空气中易氧化 ▪ 3、测量前剖面需覆膜 ▪ 4、样品表面的平整度对分析结果的影响 ▪ 5、分辨率、精度与扫描时间 ▪ 6、温度控制 ▪ 7、规范操作与安全
主要内容
1 XRF芯体扫描仪
2
高纯锗谱仪
3 总有机碳分析仪
4 气相色谱质谱联用仪
高纯锗γ谱仪简介
ORTEC 高纯锗谱仪
1、工作原理：样品中的核素放射 出的γ射线被探头所检测，变成信 号进入数字化谱仪中，把脉冲信 号变为谱图来进行计算得知这种 核素的活度。 2、组成结构：高纯锗谱仪主要 由铅室、探头、冷阱、谱仪、计 算机软件系统等几部分组成。 3、能量刻度：能量刻度是建立γ 射线能量和脉冲幅度（道数）的 对应关系，道数与能量之间的关 系是线性的，可以两点校正。 4、效率刻度：效率刻度就是建立 测量样品核素的能量效率对应关 系或效率曲线，需要多点校正。 5、日常维护
XRF 光管示意图
radiation filament shielding
tube window（铍窗） Anode（Mo，Cr等）
Electron beam
High voltage power supply
Primary radiation
Photo electron
Fluorescent radiation
2.波长色散X射线光谱仪(WDXRF)
波长色散荧光光谱仪由激发源、样品室、前级准直器、分光晶体、后准直器、 探测器、放大器、多道脉冲分析器、定标器及计算机组成。
ITRAX XRF芯体扫描仪结构示意图
❖ High power “soft” X-ray tube ❖ Flat beam optics (active) ❖ SiDD and DSP ❖ Radiographical line camera ❖ Optical line camera system ❖ Surface scanning system
Minimized scattering volume Collimating system Digital recording
湖芯样品采集、运输及描述
一、采集与运输
（1）花泥堵头 （2）重复段 （3）样品保持直立
二、剖面及描述
（1）用电锯切割，留薄壁 用刀划开。
（2）用粗细适当的鱼线拉 开，掰开。
优点： 1、原位 2、无损 3、快速 4、高分辨 缺点： 1、精度差 2、相对含量
光（电磁波）
X射线产生Βιβλιοθήκη Baidu理
N M L K
原子核 eE0
E1 E2
X ray △E= E1–E0=Kα
e△E=E–E0
X ray △E= E2–E0=Kβ
E X光管产生的X ray
一次X射線
元素A和B的螢光X射線
由元素A和元素B所构成的样品
XRF光谱仪
按照X射线既是电磁波又是微观粒子的说法，XRF光谱 仪通常可分成两大类：
1. 能量色散光谱仪(EDXRF)：以能量作为分光依据 由探测器及多道分析器实现分光 ；
2. 波长色散光谱仪(WDXRF)：以波长作为分光依据由 单晶按布拉格衍射定律实现分光。
1.能量色散X射线光谱仪(EDXRF)
5、质量深度：某一深度Z以上单位面积的沉积物质量，单位为g/cm2， 用它可以校正沉积物的孔隙度变化，提高计年结果的精确性，相比于深 度（cm）更加符合实际沉积状况。
137Cs时标定年
• 1950年以来，核实验导致 许多人工放射性核素大量 进入大气，在对流层中交 换和在同温层中的混合， 最后均匀沉降在地表，并 在沉积物中富集。