元素分布

化学元素空间分布制图（Mapping）及深度剖析分析法在生物组织、法证分析、生物医学等领域，有着十分广泛的应用前景，如植物修复（利用绿色植物来转移、容纳或转化环境中的污染物，是当前植物学、生态学、环境科学等领域研究的热点）。基于激光剥蚀技术的激光诱导击穿光谱（LIBS）法成功地应用于生物样品化学元素空间分辨分析，实现多种元素同时检测，且不需或仅需简单样品制备，同时避免了污染物的产生及误差的引入。Kaiser等采用LIBS和LA-ICP-MS技术（J200 Tandem系统）检测处理后的向日葵叶片上元素Pb、Mg、Cu的空间分布情况，来探寻和验证样品元素分布研究手段。 1 实验方法 将向日葵水培，按0、100、250、500 μM的浓度梯度加入Pb-乙二胺四乙酸溶液进行处理，处理后的幼苗定期进行取样。采用LIBS和LA-ICP-MS方法对叶片的Pb、Mg、Cu元素分布进行测量，并采用AAS对三种元素的总量进行检测。 2 实验结果 下图为LIBS光谱图a）及LA-ICP-MS信号图b）。在LIBS光谱中，选择283.31nm及277.98nm分别作为Pb和Mg的特征峰，用以检测两种元素。 下图为Pb和Mg在样品取样区域内的元素分布情况。处理过的叶片，在叶脉周围组织中有更高的目标元素的含量。LIBS和LA-ICP-MS两种方法得到的元素分布有所不同，这是由于他们的剥蚀采样方式不同造成的。 Kaiser对不同时期收获的样品，分别进行了LIBS和LA-ICP-MS累计定量分析，得到元素的平均信号强度。下图显示Mg含量随着Pb含量的变化而变化。 下图为空白处理叶片上1×1cm取样区域内Cu元素分布情况。采用的Cu的特征峰为324.75nm。在取样区域内，进行20×20的单次剥蚀。 Kaiser认为LIBS激光技术非常适合样品的元素空间分析工作，例如用于监测元素在植物样品中的迁移及空间分布等研究。

X射线荧光分析(XRF)作为一种重要的元素分析方法已经在环境科学、地球科学、生命科学、文化遗产的科技研究等学科中发挥了重要的作用。由于微分析技术在这些学科中例如分析单颗粒大气污染物、生物单细胞等成分分析方面具有独特的优势,其应用一直都受到科学研究工作者的重视。常见的微分析技术主要是扫描电子微探针(EPMA)、扫描质子微探针(&mu PIXE)和同步辐射X射线荧光分析(SRXRF)等,一般最简单产生微束的方法就是通过微小的狭缝来限制束流以产生微束,但是这种方法会造成用于激发分析样品的元素X射线强度减小,并且能量利用率极低。下图为常规的X射线光源采用狭缝和使用X光透镜两种方式产生直径为50&mu m微束光斑分析直径同样为50&mu m大气单颗粒物的X射线荧光分析谱,从图中很明显看出常规的X射线光源通过采用狭缝的方式产生微束来分析样品的可能性是很小的。但由于同步辐射装置所提供的X射线能量高、亮度大,采用狭缝的方法产生微束可以使用在同步辐射X射线荧光分析上,如北京同步辐射X射线荧光分析系统就是采用狭缝的方式来产生微束来满足环境科学、生命科学等对微分析技术的需求。比较复杂的聚焦方法是利用光学聚焦系统,设备比较复杂,成本比较高,其应用有很大的限制性。 　　自20世纪80年代以来,随着X光透镜技术的发展,X光透镜具有聚焦性能好、成本低、设备比较简单、能量利用率高,并且可以以成像的方式显示样品中元素分布等优点,于是便和X射线荧光分析系统有机地结合在一起。目前比较常见的有两种结合方式,一种是X光透镜和同步辐射X射线荧光分析系统相结合,另一种是X光透镜和常规的X射线荧光分析谱仪相结合,这两种结合主要都是利用X光透镜的优点,使X射线荧光分析系统具有束斑小(束斑的直径可以达到10～50&mu m)、光强度可以达到～107光子/秒、所需要的样品量少、分析速度快、散射本底小、探测极限低、可以分析厚靶样品中几十个&mu g· g-1的微量元素等优点。下图为使用X光透镜的微束X射线荧光分析美国国家标准局研制的玻璃有证标准参考物质(SRM NIST610)各元素的探测极限。由于微束XRF具有比常规的X射线荧光分析更多的优点,因而使其应用范围越来越广泛。如工业上汽油中含硫量的测量 大气中单颗粒物的成分测量 参与植物新陈代谢过程中某些元素如Mn,Ca,Zn,Rb等在不同年龄的松针中从顶部到根部的分布 古陶瓷和青铜器中焊接物等微区的成分分析等。由于同步辐射X荧光分析需要大型加速器提供同步辐射光源,设备比较昂贵,机时比较有限。而使用X光透镜的微束X射线荧光分析系统与此相比设备比较简单,成本低、使用比较方便,因此研究使用X光透镜的微束X射线荧光分析在环境科学、地球科学、生命科学、文物保护等方面具有重要的意义。 　　微束X射线荧光分析在文物样品分析中有广泛的应用前景。 　　古陶瓷是由古代的土壤和岩石经过加工烧制而成,其化学成分主要是由Na2O、MgO、Al2O3、SiO2、K2O、CaO等组成,其中SiO2和Al2O3的含量之和在80%以上,因此古陶瓷样品主要是由Si和Al等氧化物组成的轻基体。在实验中既要准确的测量出Na和Mg,又要测量出Rb、Sr、Y、Zr等重元素氧化物的含量,其实验条件的选择是非常关键的。对于Na、Mg、Al和Si等元素需要在真空中或氦气的气氛下探测器才能探测到其被激发的特征X射线。由于文物样品的特殊性,一般采用在探测器和被测样品之间形成氦气的光路来测量或者直接在大气中测量。本工作是在大气中直接分析被测样品,同时也就意味者Na、Mg、Al、Si等元素的特征X射线没有被探测器探测到。 　　实验工作是在两种条件下测量：第一种条件是在电压35kV,电流10mA,测量时间为300s,探测器与样品之间的距离为25mm 第二种条件是电压为40kV,电流10mA,测量时间120s,探测器前加1mm的准直器来降低散射造成的本底,探测器与样品之间的距离为42mm。测量国家有证标准参考物质GBW07406(GSS-6)的谱如下图所示。从谱图上看,在探测器加准直器更能降低散射本底,提高探测极限。 　　青花瓷是中国古陶瓷中具有很高艺术价值的瓷器,但对青花瓷的产地、年代、钴料的来源、制造工艺及其真伪辨别等问题一直缺乏系统的研究。由于微束分析的一系列的优点,用微束X射线荧光分析扫描分析了一块明代青花瓷残片中青花部位的元素分布,样品的照片见下图。 　　实验装置如下图,采用旋转阳极靶和会聚X光透镜组成激发样品的微束X射线源,SiPINX射线探测器收集样品中激发出的元素特征X射线,采谱活时间为5min,每隔50&mu m测量一个点,扫描面积为1mm× 35mm AXIL程序进行峰的拟合和本底的扣除。 　　对比青花部位和白釉部位的MXRF谱图可知,青花部位与白釉部位有差异的元素为主要为K、Ca、Fe、Co、Ni 以这五种元素的峰面积为变量,Matlab程序做图得到青花瓷五种元素的分布图。从几种元素的微区分布图对比青花瓷图片,可以看出Mn和Co的分布基本上和青花瓷釉色的深浅相一致的,Fe元素的分布基本上与青花瓷釉色的变化没有明显关系。相关性分析表明,Mn和Co有非常好的相关性,而Ni与Mn和Co没有相关性。 　　本文摘编自程琳、金莹著《现代核分析技术与中国古陶瓷》一书。

不孕不育影响了全球约6-8千万夫妇。男性因素导致了约半数的不孕不育病症，精子质量差的是主要问题。因此，深入了解精子质量有助于男性不育症的预防和对应治疗。以往研究表明，多种化学元素（如Zn，Cu，Se等）在精液中发挥着重要的生理功能。相关的元素分析主要集中在精液或精浆上，而很少着眼于精子细胞。此外，常规的批量分析无法提供单个细胞的特定元素信息，模糊了细胞之间的异质性。单细胞电感耦合等离子体质谱法（scICP-MS）作为一种成熟的技术，能够填补这一信息空白。通过采用配备飞行时间分析器的ICP-TOF-MS，可以高通量且高灵敏地检测单个细胞的全谱元素含量（微信公共号‘单细胞分析的丝滑IMAX体验: icpTOF 以多元素指纹量化海藻细胞与纳米颗粒间相互作用为例’）。 近期中科院生态环境研究中心阴永光研究员与中科院高能物理研究所王萌副研究员以及同济医院靳镭教授合作，使用scICP-TOF-MS（仪器型号：TOFWERK icpTOF 2R）实现了单个精子细胞的高通量全元素检测.icpTOF实验方法 研究人员首先通过离心分离细胞。再使用不含磷盐的有机缓冲液和多聚甲醛等渗固定剂清洗和固定细胞。之后再用纯水进一步清洗细胞，以去除干扰离子（主要是Na和Cl）。经处理的精子细胞在显微镜下形态完整，无基质干扰，因此提高了信噪比，也避免了ICP-TOF-MS仪器检测器饱和。icpTOF结果与讨论 在scICP-TOF-MS中，由于可以实现同时的多元素检测，研究人员将内源性元素作为细胞信号，同时分析其他信息，如外源性元素信息。磷元素(31P)在精子细胞中含量丰富，可作为细胞信号指示元素。在scICP-TOF-MS分析中，细胞信号和背景信号的P强度分布均可明确区分（图2A和图2B）。高时间分辨率的单细胞检测中，ICP-TOF-MS的P的信号峰和基线相比有明显且相对固定的信噪比。（编者注：如图1所示，icpTOF 2R的强大质量分辨率可更好区分干扰信号，有利于P元素的准确检测。在icpTOF全谱测量，没有为低质量数P元素灵敏度专门优化的大前提下，仍能取得较好的信噪比）。图1 icpTOF 2R ICP-TOF-MS可区分P信号和其他干扰信号。 该实验中，结合高时间分辨的连续单细胞实验结果，作者推断假阳性的信号大多来自细胞碎片，主要基于下列实验结果：1， 峰信号的元素组成特征更符合细胞碎片的特征，且有P信号存在时检测到的其他（内源性）元素质量显著高于没有P信号时的相应元素质量（图2C）；2，流式细胞仪也证实精子细胞悬浮液中存在相当数量的细胞碎片。编者注：另外还可能有套实验数据可以用来辅助证明，细胞碎片的瞬时事件时长应该显著小于完整单细胞。TOFWERK icpTOF S2的超高时间分辨率在后续实验中可以用来验证这一点。通过计算细胞碎片率，相对于高质量精子，研究发现低质量精子样品中含更多的细胞碎片（图2D），这可能跟低质量精子细胞的形态异常等相关。图2 （A）scICP-TOF-MS测得的P信号分布图；（B）单细胞进样条件下，scICP-TOF-MS测得的实时P信号；（C）有P信号和无P信号同时检测到的Zn质量；（D）高质量和低质量精子细胞中的细胞碎片比例 细胞中元素的含量普遍表现出细胞异质性。该研究使用scICP-TOF-MS揭示了细胞中不同元素的异质性差异。结果表明，大多数元素表现出较高的异质性，而细胞的大量元素如P、Zn含量稳定，异质性则较低（图3A）。不同元素之间异质性的差异进一步凸显了多元素同时检测的重要性。 基于数以千计的单细胞事件，研究人员使用降维分析和分层聚类来提取每个样本中关键信息。降维分析的可视化展示直观地展示了多种元素在单细胞中分布规律或生理功能的相似性（图3B）。例如P、Zn、Cu在精子细胞中含量很高，是基本的组成元素，因此相似性很高。而蓝圈中的元素大多没有生理功能。聚类分析也为这些相似性提供了客观性证据（图3C）。图3 （A）异质性系数热图；（B）元素相关性降维分析投影图；（C）元素相关性的分层聚类图icpTOF总结这是第一份报告了使用scICP-TOF-MS在单细胞水平对动物细胞进行多元素分析的研究。该分析方法利于更好地了解细胞中元素分布的规律，以及细胞性质和元素分布之间的关联。参考文献原文：Tian et al., Single-cell multi-element analysis reveals element distribution pattern in human sperm, Chemical communications, 2023, DOI: 10.1039/d3cc01575k作者团队简介：阴永光，中国科学院生态环境研究中心研究员、博士生导师。主要研究方向为有毒金属的形态分析与环境转化。王萌，中国科学院高能物理研究所副研究员。现主要开展基于质谱技术的单细胞分析和生物成像方法及应用研究。靳镭，华中科技大学同济医院附属同济医院生殖医学专科主任，二级教授，主任医师，博士生导师。主要擅长生殖医学、男女性不孕症等。

自硅基半导体作为一个规模庞大的产业发展起来后，集成电路单位面积上晶体管的数量增加趋势始终遵循摩尔定律[1]。目前，硅基半导体中的关键尺寸（线宽或特征尺寸）已经降低到到10nm以下[2]。相比于硅基半导体，化合物半导体如SiC和GaN基半导体可以满足更苛刻的工作条件（高击穿电场、高热导率、高电子迁移率、高工作温度等），具有更大的输出功率和更好的频率特性，市场需求方兴未艾。化合物半导体的应用场景面向射频、高电压大功率、光电子等领域，不追求硅基半导体级别的先进制程工艺。如GaN制程的基本线宽在0.25～0.50µ m ，生产线以4英寸为主[3]。图1 电子束和样品的相互作用区域及逸出的信号半导体器件结构的微细化演进对电子显微镜视野下的微区元素分析带来了很大的挑战。在电子显微镜中，电子束照射在观察区域上，形成水滴形的相互作用区域，如图1 所示。从该区域中会逸出多种信号，如观察表面形貌的二次电子（SE）、区分成分衬度的背散射电子(BSE）和分析成分的X射线。电子显微镜会配置不同的探测器来接收这些信号进行成像。能谱仪（EDS, Energγ Dispersive Spectrometer）以X射线为信号源分析微区成分分布。图1也显示，这几种信号源的深度不同，SE最浅，BSE次之，X射线最深。不同信号源的逸出深度可以解释同样条件下SE、BSE和EDS成像的空间分辨率差异。

项目编号：JSTCC2200213625、JSTCC2200213631项目名称：宜兴市教育局江南大学宜兴研究生院有机物分布测定仪 宜兴市教育局江南大学宜兴研究生院元素分析仪预算金额：400.0000000 万元（人民币）采购需求：序号标的名称数量01有机物分布测定仪1套 02元素分析仪1套合同履行期限：合同生效后120天内本项目( 不接受 )联合体投标。

2024 年 4 月 1 日，全国自然资源与国土空间规划标准化技术委员会发布4项地矿行业标准的征求意见稿。征求意见截止日期至2024年5月1日。序号国/行计划号项目编号标准名称征求意见稿以及编制说明1行业标准202313013DZ20236827卤水分析方法 第1部分：钙、镁、钾、钠、锂和总硼含量的测定 电感耦合等离子体原子发射光谱法 征求意见稿编制说明2行业标准202313024DZ20236826离子型稀土矿化学分析方法 第1部分：15个稀土元素含量的测定 硫酸铵溶液提取-电感耦合等离子体质谱法征求意见稿编制说明3行业标准202313025DZ20236834钨矿石、钼矿石化学分析方法 第2部分：钨、钼、铜和锌含量的测定 封闭酸溶-电感耦合等离子体原子发射光谱法征求意见稿编制说明4行业标准202313014DZ20236938卤水分析方法 第2部分：锂、铷、铯、锶和总硼含量的测定 电感耦合等离子体质谱法征求意见稿编制说明卤水资源在中国具有重要的战略地位，其中富含的钾、镁、 锂、硼等可用于军工、化工、电子、制药等领域。电感耦合等离子体光谱法（ICP-AES）具备广泛的波长范围选择能力、高灵敏度和高分辨率以及快速扫描和数据处理能力，已大量应用于地质样品、水质样品的测定，具备夯实的应用基础。用 ICP-AES 替代分析卤水样品中 钙、钾、镁、钠、锂、硼、锶等元素的传统化学方法，可大幅度提升分析效率。建立电感耦合等离子体光/质谱测定卤水中多元素定量分析的标准方法，可为研究卤水的起源、演化和物源等相关信息， 深入开发和利用卤水资源，评估其开发利用前景提供数据支撑，具有一定的社会、经济和生态效益。中国是稀土资源最丰富的国家，稀土资源广泛分布于全国二十多 个地区。根据稀土类型不同，我国稀土资源分为南北两大区域。南方重稀土矿，是中国特有的离子吸附型稀土矿，多为花岗岩风化矿产，主要集中在江西、广东等地。对于离子吸附型稀土矿，一般用浸出相 稀土氧化物量来估算风化壳离子吸附型稀土矿的矿产资源及储量。在分馏作用等因素的影响下，离子吸附型稀土矿的稀土配分多种多样，缺少各稀土分量的评价指标，可能会漏掉矿体，影响资源储量评价。 因此，现阶段对离子吸附型稀土矿开展偏提取研究，并对单元素进行分析评估十分必要。随着离子型稀土资源勘查和开发程度的加大，对稀土分析测试的准确性要求提高，对更接近实际样品矿物组成的标准样品的需求加大，这都迫切需要明确淋滤过程、建立离子吸附型稀土淋滤规范和制备新型离子吸附型稀土标准物质。钨矿石、钼矿石是重要而宝贵的战略资源，已被国家列为保护性开采的特定矿种，与稀土等成为我国的战略资源。钨和钼都是稀有高熔点金属，具有高硬度、良好的高温强度和导电、传热性能，常温下化学性质稳定，耐腐蚀，不与盐酸或硫酸起作用，是现代工业、国防及高新技术应用中的极为重要的功能材料之一，广泛应用于机械加工、军事、航空航天、原子能、船舶、汽车工业、核能、冶金、石油等诸多领域。中国钨矿、钼矿资源虽有巨大的潜力，属于优势矿种，但随 着我国工业化进程的加速，对钨、钼需求量呈递增趋势，一种行之有 效且元素分析范围较广的现代化仪器快速分析方法的建立，对钨矿石、钼矿石的勘查评价具有重要意义，开展对钨矿石、钼矿中主要金属元素及伴生矿产元素的分析方法进行研究，对促进我国综合勘查评价工 作全面发展，实现充分利用矿产资源、保护生态环境和提高经济效益及社会效益具有重要意义。

p style=" text-indent: 2em " 近几年，塑料工业与钛白粉可谓焦不离孟。在世界范围内超过500家的钛白粉牌号中，专属于塑料用的就超过50个，而高达6%的年均增长率，也让塑料工业成为使用钛白粉增速最快的领域，并“荣膺”钛白粉的第二大用户。有材料应用的地方自然就有相配套的指标、参数考衡，粒径粒度分布和颗粒形状就显著影响着塑料用钛白粉的关键指标。而塑料用钛白粉的粒径恰好处于激光粒度仪大展身手的范围内，因此对于钛白粉在塑料工业中的应用，业内人士不妨给予更多的瞩目。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: center " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201805/insimg/5a1cc424-4105-479d-975f-1e95fbaa5764.jpg" title=" 激光粒度仪 钛白粉.jpg" / /p p style=" text-indent: 2em " 众所周知，钛白粉的学名是二氧化钛，具备优良的白色性能，高遮盖力和高消色力，被广泛应用油墨、造纸、涂料、油漆等行业，享有“白色之王”的美誉，这正是钛白粉在塑料制品中得以应用的重要原因，即钛白粉可以决定浅色或白色塑料制品的外观。当然钛白粉于塑料还有很多其他好处，比如提高塑料制品的耐热、耐光、耐候性能，使塑料制品免受UV光的侵袭，改善塑料制品的机械性能和电性能等。几乎所有热固性和热塑性的塑料中都会使用钛白粉，它们既可以与树脂干粉混合，也可以与含增塑剂的液体相混合，用量一般在3-5%左右，聚烯烃类(主要是低密度的聚乙烯)、聚苯乙烯、ABS、聚氯乙烯等莫不如是。 /p p style=" text-indent: 2em " 在塑料工业中衡量钛白粉的质量主要有四大指标——遮盖力、分散性、耐候性和白度。钛白的遮盖力越好，生产出的塑料制品就越轻薄；分散性则影响塑料制品生产成本，钛白粉的分散性越好，塑料制品的光滑度和光亮度就会越高；具备良好耐候性的钛白粉，则对室外使用的塑料制品以及塑料门窗是必不可少的。 /p p style=" text-indent: 2em " 最后一大指标就是白度了，所谓白度是指距离理想白色的程度。影响钛白粉白度因素主要有以下几点。第一点是杂质，在钛白粉工艺中，尤其是硫酸法钛白粉工艺，大部分的作业是为了除去产品中的杂质，因为杂质严重影响钛白粉的应用性能，特别是白度。显色金属氧化物杂质在极低的含量下就能影响白度，这些元素有铁、锰、铬、铜等，这些杂质本身就带有颜色，在白色的钛白粉中极易显色。 /p p style=" text-indent: 2em " 第二点就是粒径和粒度的分布了，他们主要是通过钛白粉颗粒对光的反射、散射等现象影响其白度的。钛白粉的粒径越小，白度值越高，这主要是由于钛白粉粒径越小，表面积增大，光的反射、漫反射增强。根据光波的特性，当颜料粒子的粒径小于光波的一半时可以获得对该波长的色光的最大散射，经分析，对波长蓝色光散射最好的粒径在0.2μm左右，波长较长的红色光散射最大的粒径在0.35μm左右，因此，小粒径的钛白粉的散射光呈蓝相，而透过光则为蓝色的补色红黄相，反之，大粒径的钛白粉散射光为红相，透过光为蓝相。通常涂料用钛白粉的粒径为0.2~0.4μm，而大多数塑料用钛白粉粒径都较细，粒径为0.15~0.3μm，因为这样可以获得兰色底相，对大多数带黄相的树脂或易泛黄的树脂有遮蔽作用。 /p p style=" text-indent: 2em " 此外，颗粒形状、钛含量、包膜剂对钛白粉的白度都有一定影响。其中，粒形对白度的影响比较小，一般来说，层状钛白粉的白度略低，球状和杆状的白度略高。而二氧化钛含量的升高，钛白粉白度值也升高，铝、硅、锆等包膜剂含量升高，钛白粉白度值下降。 /p p style=" text-indent: 2em " 值得一提的是，在塑料色母粒的生产工艺中，钛白粉的白度也是一项重要质量指标，塑料色母粒是一种高浓缩、高效能的颜色配置品，即颜料以超常浓度均匀分布在载体树脂中，并形成一定粒径的颗粒。它主要由核心层(颜料)、偶联层(偶联剂或表面活性剂)、分散层(润滑剂或分散剂)、增混层(载体树脂)等组成，在塑料中作为染色剂使用，广泛用于吹膜、注塑、热压、注塑等塑料制品的生产，色母粒着色效果优越，使用方便，节约能源，使用时无粉尘和污水，因此备受用户的青睐。色母粒是作为工业原料，性能优劣通常是在后续产品应用中表现出来(如吹膜或注塑)，因此，钛白在色目粒中的性能也主要体现在色母粒的应用过程中。钛白的着色能力、分散性、加工性能、白度都会对色母粒的应用产生重大影响，顺理成章地，也少不了对钛白粉粒度分布的检测。 /p p style=" text-indent: 2em " strong 结语： /strong 激光粒度仪作为目前最流行的粒度测量仪器，已在粉体工艺中发挥着越来越重要的作用，随着米氏散射理论在各品牌激光粒度仪中的应用越来越广泛，已经对亚微米级的塑料用钛白粉有充足的适配性。随着钛白粉在塑料工业中的需求越来越大，对这一市场大蛋糕的进一步经营和开拓，或许值得激光粒度仪的厂商们好好思考。 /p

M4 TORNADOPLUS - 微区X射线荧光成像的新纪元M4 TORNADOPLUS能够检测出C（6）-Am（95）间元素的微区X射线荧光成像光谱仪。作为微区X射线荧光成像光谱仪M4TORNADO系列的新产品，M4 TORNADOPLUS又增添了功能，例如创新性的孔径管理系统，高通量脉冲处理器以及快速灵活更换的样品台。更轻、更快、更深M4 TORNADOPLUS采用超轻元素窗口的大面积硅漂移探测器（SDD）实现对轻元素碳的检测，高通量脉冲可以大程度提升采样速度，BRUKER孔径管理系统（AMS）可以获取大景深，对表面不平整样品分析具有优势。超轻元素检测M4 TORNADOPLUS能够检测分析轻质元素碳的微区X射线荧光成像光谱仪，具备两个具有超轻元素窗口的大面积硅漂移探测器和一个优化的Rh靶X射线光管。与普通微区X射线荧光成像光谱仪不同，M4 TORNADOPLUS在不影响较高能量范围内元素灵敏度的前提下，还可以检测原子数小于11的元素（Z＜11），例如氟（F）、氧（O）、氮（N）和碳（C）。随着功能性的增强，M4 TORNADOPLUS应用也正在开发和拓展中，例如地质学、矿物学、生物学、聚合物研究或半导体行业等方向。应用实例-萤石和方解石的区分萤石（CaF2）和方解石（CaCO3）都是以钙为主要成分的矿物。它们的区别在于分别存在轻质元素氟（F），氧（O），碳（C）；由于普通微区X射线荧光成像光谱仪检测不到Z＜11(Na）的元素，无法区分这两种矿物，所以萤石和方解石的光谱图上都只会显示Ca元素谱线。利用超轻元素探测器，M4 TORNADOPLUS可以检测氟（F）、氧(O)和碳(C)，从而鉴别这两种矿物。图：鉴别萤石与方解石 左：方解石（红）和萤石（蓝）的元素分布图；图像尺寸：20×12mm2；扫描分辨率：800×460pixels 右：萤石（蓝）和方解石（红）的轻质元素光谱图。应用实例-电路板由于AMS的场深度深，如图所示电路板的X射线图像获得更多的细节。此外，由于激发X射线光子的入口和出口角度减小，光束能量依赖性变得不那么明显。图：具备AMS与不具备AMS的电路板元素分布图左图: 标准多导毛细管聚焦在电路板上，元件的高点失焦，显得模糊。右图: AMS系统加载下图像显示高景深，组件聚焦在更大的景深范围内。创新点：M4 TORNADOPLUS是世界上第yi台能够检测出C（6）-Am（95）间全部元素的微区X射线荧光成像光谱仪。 作为微区X射线荧光成像光谱仪M4TORNADO系列的zui新产品，M4 TORNADOPLUS又增添了独特的功能，例如创新性的孔径管理系统，高通量脉冲处理器以及快速灵活更换的样品台。 超轻元素微区X射线荧光成像光谱仪 M4 TORNADO PLUS

微区X射线荧光光谱仪，M4 TORNADO PLUS，X射线荧光成像光谱仪，微区XRFM4 TORNADOPLUS - 微区X射线荧光成像的新纪元M4 TORNADOPLUS是世界上第yi台能够检测出C（6）-Am（95）间全部元素的微区X射线荧光成像光谱仪。作为微区X射线荧光成像光谱仪M4TORNADO系列的zui新产品，M4 TORNADOPLUS又增添了独特的功能，例如创新性的孔径管理系统，高通量脉冲处理器以及快速灵活更换的样品台。更轻、更快、更深M4 TORNADOPLUS采用超轻元素窗口的大面积硅漂移探测器（SDD）实现对轻元素碳的检测，超高通量脉冲可以zui大程度提升采样速度，BRUKER专利孔径管理系统（AMS）可以获取超大景深，对表面不平整样品分析具有独特的优势。超轻元素检测M4 TORNADOPLUS是史上第yi台能够检测分析轻质元素碳的微区X射线荧光成像光谱仪，具备两个具有超轻元素窗口的大面积硅漂移探测器和一个特别优化的Rh靶X射线光管。与普通微区X射线荧光成像光谱仪不同，M4 TORNADOPLUS在不影响较高能量范围内元素灵敏度的前提下，还可以检测原子数小于11的元素（Z＜11），例如氟（F）、氧（O）、氮（N）和碳（C）。随着功能性的增强，M4 TORNADOPLUS应用也正在开发和拓展中，例如地质学、矿物学、生物学、聚合物研究或半导体行业等方向。应用实例-萤石和方解石的区分萤石（CaF2）和方解石（CaCO3）都是以钙为主要成分的矿物。它们的区别在于分别存在轻质元素氟（F），氧（O），碳（C）；由于普通微区X射线荧光成像光谱仪检测不到Z＜11(Na）的元素，无法区分这两种矿物，所以萤石和方解石的光谱图上都只会显示Ca元素谱线。利用超轻元素探测器，M4 TORNADOPLUS可以检测氟（F）、氧(O)和碳(C)，从而可靠地鉴别这两种矿物。图：鉴别萤石与方解石?左：方解石（红）和萤石（蓝）的元素分布图；图像尺寸：20×12mm2；扫描分辨率：800×460pixels 右：萤石（蓝）和方解石（红）的轻质元素光谱图。应用实例-电路板由于AMS的场深度极深，如图所示电路板的X射线图像获得更多的细节。此外，由于激发X射线光子的入口和出口角度减小，光束能量依赖性变得不那么明显。图：具备AMS与不具备AMS的电路板元素分布图左图: 标准多导毛细管聚焦在电路板上，元件的zui高点失焦，显得模糊。右图: AMS系统加载下图像显示高景深，所有组件聚焦在更大的景深范围内。创新点：M4 TORNADOPLUS是世界上第yi台能够检测出C（6）-Am（95）间全部元素的微区X射线荧光成像光谱仪。 作为微区X射线荧光成像光谱仪M4TORNADO系列的zui新产品，M4 TORNADOPLUS又增添了独特的功能，例如创新性的孔径管理系统，高通量脉冲处理器以及快速灵活更换的样品台。 超轻元素微区X射线荧光成像光谱仪 M4 TORNADO PLUS

p style=" text-align:center " img src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201903/pic/3988918d-3565-48c3-ba77-bdb955ae7368.gif!w400x400.jpg" alt=" CIT-3000SY X荧光元素录井仪（XRF)" / /p p strong span style=" color: rgb(0, 32, 96) " /span /strong /p p 　　近日，四川新先达测控技术有限公司在仪器信息网发布CIT-3000SY X荧光元素录井仪(XRF)新品。X射线荧光分析是一种对被测物质从元素成分及含量的角度进行测定的技术,以随钻获取的岩屑粉末为分析对象,从中获得元素组成(组分、含量及分布规律)信息,通过元素组合特征而识别岩性、判断划分地层,进一步开展深层次的数据分析处理,寻找与储集层物性、含油气性规律,实现评价储集层的目的。 /p p 　　CIT-3000SY X荧光元素录井仪(XRF)是依据JC/1085-2008标准开发的，是一款检测岩屑成份的高档精密仪器。该仪器集当今新电子技术、计算机技术和核分析方法于一体，具有微机化程度高、人机界面友好、分析精度高、采用多项专利技术，是目前石油地质录井必备的检测设备。CIT-3000SY具有以下设计特点：1.针对粉末样品测量的上照式光路结构，降低粉末压片后掉灰或垮样污染光管和探测器损坏设备的风险 2.样品台具有高精度定位，保证源距恒定，样品可以旋转测量，对于不均匀的粉末样品可以测出X射线强度的均值，测量结果更加准确 3.真空测量系统，保证了真空度达到极限值，10分秒抽气，确保30分钟不漏气，测量氢元素效果更佳 4.采用S标样校准测量，自动校正工作曲线，无需经常标定 5.根据分析的数据，自动识别矿物性质。 /p p strong 　　技术指标 /strong /p p 　　分析元素范围：Na-U /p p 　　元素含量分析范围：1ppm -99.99% /p p 　　探测器能量分辨率优于150eV /p p 　　测量范围：1-40KeV /p p 　　高压：0kV-40kV /p p 　　管流：0μA-100μA /p p 　　专业的稳定电源：AC 220V± 1%，50HZ /p p 　　检测时间：120S～600S(时间随样品而调整) /p p 　　圆形样品真空腔：直径14cm，高5cm /p p 　　工作环境温度：温度0-35℃ 样品温度& lt 70℃ /p p 　　工作环境相对湿度：≤99%(不结露) /p p 　　额定功率：50W /p p 　　仪器重量：25Kg /p p 　　仪器尺寸：500(W)X500(D)X450(H)mm /p p 　　仪器主要特色 /p p 　　1)核心价值 /p p 　　通过岩屑元素组成的分析识别岩性，通过岩性的组成特征判断层位。 /p p 　　2)分析的主要元素 /p p 　　Na、Mg、Al、Si、P、S、Cl、K、Ca、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、As、Rb、Sr、Y、Zr、Nb、Mo、Ag、Cd、In、Sn、W、Pb、Th、U、Ba等 /p p 　　3)极高的真空度 /p p 　　完美的真空系统，10秒抽气真空度高达10-2Pa，30分钟不漏气，轻元素探测效果提高了70%，保证了Na、Mg、Al、Si极佳的分析效果和理想的重现性能 /p p 　　4)仪器高分辨率 /p p 　　FAST-SDD探测器，配合专利技术的数字多道分析技术，仪器的分辨率高达100ev，最大限度的降低了元素之间的干扰，分析更加准确。 /p p 　　5)软件操作方便 /p p 　　出厂标定好后，长期使用，自带校准曲线样，无需用户标定。 /p p strong 　　性能特点 /strong /p p 　　采用数字化谱分析技术，计数率高，无漏计，稳定性好 /p p 　　国家重点新产品CIT-3000SM系列X荧光分析仪的升级产品 /p p 　　三重射线保护，全面确保操作人员人身安全,该设备获得国家环保局安全管理豁免 /p p 　　圆形品仓设计,适应各种样品的检测,可以测量固体、液体、粉末 /p p 　　抽真空测量,可以最大限度的提高轻元素的检测精度,有利于卤素和其它轻元素检测 /p p 　　先进的模块化设计理念,保证了仪器后续的高扩展性 /p p 　　探测器采用美国航天技术的半导体探测器,能量分辨率优于160ev /p p 　　一体化设计,性能稳定,带蓝牙功能,通过无线蓝牙技术与PC机进行通讯,方便使用 /p p 　　采用低功率X光管和自主研发的高压电源,性能稳定,故障率低、维护成本低 /p p 　　自主研发的最优化分析软件可根据样品材质、形状和大小自动设定光管功率,既能延长光管寿命,又能充分发挥探测器性能,大幅度提高测量精度 /p p strong 　　仪器配置 /strong /p p 　　仪器主机一台 /p p 　　进口电制冷半导体探测器 /p p 　　X光管(0-40KV) /p p 　　高压电源 /p p 　　品牌计算机一台 /p p 　　激光打印机一台 /p p 　　真空泵一台 /p p 　　压片机一台 /p p 　　制样模具一套 /p p 　　稳压电源一台 /p p 　　测试软件一套 /p p br/ /p p 　　 /p p br/ /p

随着全球工业化的迅速发展, 矿产资源的开发进一步加剧, 由此而产生的酸性矿山废水( AMD) 已经成为许多国家水体污染的主要来源之一。酸性矿山废水若不经处理任意排放就会造成大面积的酸污染和重金属污染, 它能够腐蚀管道、水泵、钢轨等矿井设备和混凝土结构, 还危害人体健康。另外, 酸性水会污染水源, 危害鱼类和其他水生生物 用酸性水灌溉农田, 会使土壤板结, 农作物发黄, 并且随着酸度提高, 废水中某些重金属离子由不溶性化合物转变为可溶性离子状态, 毒性增大。 对于酸性矿山废水的处理主要有这几种方法: 中和法、人工湿地法、硫化物沉淀法和微生物法。其中微生物法就是利用硫酸盐还原菌( SRB) 在厌氧条件下将AMD 中的硫酸盐还原为硫化物, 生成的硫化物再与废水中的重金属发生反应生成难溶解的金属硫化物。由于微生物技术的处理效果较好, 成本也较低, 且无二次污染, 因而受到广泛关注。 国内科学家对中国东南部14个地区的59个AMD样本进行了微生物群落分布的研究。通过对AMD样本中的微生物16SrRNA基因进行454测序，对测序结果进行了物种分布和聚类的分析，最终发现，影响微生物群落的主要因素并不是地域，而是环境的变化，如铁离子、硫酸根离子、有机物含量等等，相关学术论文发表在《自然》子刊ISME(International Society for Microbial Ecology)上。 通过对不同环境的微生物群落分布的研究，加深了人们对极端环境下微生物多样性的了解，为将来利用微生物技术对AMD进行处理和控制具有一定的理论和现实意义。 参考文献：ISME J. 2012 Nov 22. doi: 10.1038/ismej.2012.139. Contemporary environmental variation determines microbial diversity patterns in acid mine drainage.Kuang JL, Huang LN, Chen LX, Hua ZS, Li SJ, Hu M, Li JT, Shu WS.

10月8日，国际烟草控制政策评估项目(ITC)组织公布的科研报告显示，我国13个卷烟品牌被检测出含有重金属(砷、镉、铅等)，其含量与加拿大产香烟相比，最高超出三倍以上。 　　据《重庆商报》报道：香烟中的重金属可能来自烟草产区土壤中。相关研究表明：生物从环境中摄取重金属，可以经过食物链的生物放大作用逐级富集，并通过食物等形式进入人体，引发人体某些器官和组织产生病变。 　　有害痕量元素及其化合物排放已成为大气污染控制的一个新兴而前沿的研究领域。在国家自然科学基金的资助下，北京师范大学副教授田贺忠带领的研究小组对我国2005～2020年能源利用及有害痕量元素排放发展趋势进行了研究，为我国掌握典型有害痕量元素污染排放现状及空间、行业分布特征提供了基础数据，并为国家和地方政府制定相关痕量元素污染排放法规、标准及技术与经济政策等提供了科学依据。 　　痕量元素引关注 　　上世纪50年代，日本熊本县水俣湾附近发现了一种奇怪的病，这种病最初出现在猫身上，被称为“猫舞蹈症”。病猫步态不稳，抽搐、麻痹，甚至跳海死去，被称为“自杀猫”。随后不久，发现也有人患有这种病。患者由于脑中枢神经和末梢神经被侵害，口齿不清、步履蹒跚、面部痴呆、手足麻痹或变形、视觉丧失，严重者精神失常，或酣睡，或兴奋，身体弯弓高叫直至死亡。这种怪病就是日后轰动世界的“水俣病”。 　　“日本发生的水俣病(汞污染)和骨痛病(镉污染)等都和有害痕量元素污染有关。”田贺忠说，“尽管痕量元素在空气中含量很小，但它的浓度超过一定范围就会显示出极大的毒性。许多痕量元素毒性极大，而且化学稳定性好，具有迁徙性、沉积性。它们不仅会引发人体呼吸系统的严重疾病，而且会污染水资源、土壤，造成生态环境的破坏。” 　　1990年，美国在《清洁空气法(修正案)》中列出了189种有害空气污染物，其中包括11种痕量元素(空气中含量很少的元素，如锑、砷、铍、铬、铅、锰、汞、镍、硒等)。在这11种痕量元素中，汞、砷、硒三种挥发性有害痕量元素的排放污染尤其引人关注。 　　有研究者发现，近10年来北欧、北美内陆偏远地区无明显工业污染源的湖泊中，鱼体内汞浓度的升高是由于大气汞沉降造成的。 　　美国环境保护署的报告称：燃烧装置排放的大气污染物中主要是有害的有机成分如苯并芘(BaP)、硫化物、氮氧化物、未燃烬可燃物以及重金属元素，它们几乎是造成所有癌症的原因，其中尤其以亚微米级颗粒形式存在的重金属排放物具有最大的威胁性。 　　汞、砷、硒等属于挥发性有害痕量元素，在高温燃烧或热解过程中不会被分解，而是挥发成蒸气，进而在烟道下游温度降低时通过结核、凝结、冷凝等过程形成许多亚微米颗粒。研究表明，尽管亚微米颗粒仅占燃煤总飞灰质量的5%左右，却富集了总痕量元素质量的13%～61%。汞、砷、硒等痕量元素主要富集在这些亚微米颗粒表面，这些亚微米颗粒很难被各种常规的污染控制装置有效捕获。它们大部分会随同亚微米颗粒排放到大气中，而这些亚微米粒子在大气中主要以气溶胶形式存在，不易沉降，而且上面富集的大部分有毒痕量元素也难于被微生物降解，可长时间停留在大气中，不仅影响大气能见度，而且通过呼吸系统进入动植物和人体内并不断蓄积，并可转化为毒性很强的金属有机化合物，还会通过干湿沉降过程进入水体和土壤，从而对水和土壤生态环境产生污染危害。 　　因此，大气汞、砷、硒等挥发性有毒痕量元素污染排放、迁移、沉降及控制等，也成为国际学术界关心的大气污染防治新兴研究热点之一。 　　燃煤：排放痕量元素祸首 　　美国环保局(USEPA)科学家Linak曾指出：元素周期表中几乎没有什么元素不存在于煤中，它们都是煤的重要组分，根据其含量不同，通常可将煤的元素组分划分为主量元素、次量元素和痕量元素三大类。其中，包括多种有毒痕量元素，如硼、铍、锗、镉、钴、铜、锰、铅、镍、汞、铬等。其中，汞、砷、硒、铅、镉、铬等元素对环境的危害最大。 　　化石燃料和矿物中的痕量元素在高温燃烧或熔炼过程中因各痕量元素的浓度、赋存状态以及操作工况的差异所表现的热行为不同，其挥发性也表现不一。但在所有条件下，汞、砷、硒都具有挥发性。 　　“由于汞极易挥发, 在燃烧过程中极难控制，燃煤排放被认为是最大的人为大气汞污染源。大气中颗粒汞主要结合在细颗粒物上, 对人体的危害更大。特别是环境中任何形式的汞均可在一定条件下转化为剧毒的甲基汞。进入环境中的汞会产生长期的危害, 所以汞是煤中最主要的有害微量元素之一。”田贺忠说。 　　砷是一种蓄积性元素，是当前环境中使人致癌的最普遍、危害性最大的物质之一。砷可通过呼吸道、消化道和皮肤接触等进入人体，随血流分布于肝、肾、肺、脾、骨骼、肌肉等部位，特别易于在毛发、指甲中蓄积，从而引起慢性中毒。尽管砷在煤中的含量很低，但由于煤消耗量巨大，煤中砷长期排放的积累不仅对燃煤电厂附近产生污染，而且可通过远距离的传输对比较遥远的生物产生负面影响。 　　“我们的研究发现，抚顺、沈阳、兰州、贵阳、成都、重庆等城市的大气中砷含量高于其他地方就和燃煤有关。西南地区由于高砷煤的使用，曾造成3000多例砷中毒事件。”田贺忠说。 　　燃煤是大气中硒的主要来源。据估算，全球发电用煤所排放的硒量占人为硒排放量的50%以上。燃煤也是造成一些地区土壤、水、植物中硒含量过高的原因。硒对于动植物和人类来说是一种必需的微量元素，但硒含量过高同样会危害人体健康。在我国陕西安康、湖北恩施等地发生的人、畜硒中毒事件，就是由于开采和使用当地的富硒石煤所造成的。 　　弄清排放总量及时空分布 　　目前，我国正处于工业化社会的初期阶段，国民经济的快速发展和大规模基础设施建设，需要大量的电力、钢铁、水泥以及有色金属等材料，这就需要消耗大量的化石能源和矿物资源。 　　2008年我国用于直接燃烧的煤炭约27.4亿吨。另外，钢铁冶炼、有色金属冶炼、水泥生产、化工等行业对金属和非金属矿物的烧结熔炼过程也会使矿物中的有害痕量元素挥发，并富集在微细颗粒物上释放到大气中，从而对人体健康和生态环境产生危害。 　　“国外曾有学者指责中国燃煤对大气的影响。然而，由于种种原因，目前我国还缺乏对这些典型有害元素污染现状的全面认识，燃烧和工艺生产设施上缺少专门的污染控制措施，使得国家制定相关的法规、标准及污染控制对策缺乏有效依据。另外，有害痕量元素在大气中的传输扩散不仅与物理过程有关，还涉及更复杂的化学反应和二次污染，对有害痕量元素污染排放清单的研究是进一步开展有害痕量元素污染物传输、沉降、污染源排放标准、控制技术研究开发重点，也是制订控制对策的基础。因此，非常有必要开展我国有害痕量元素污染排放清单的研究。”田贺忠说。 　　据介绍，排放清单研究能定量得到各种源排放总量及其时空分布，是描述污染物排放特征的有效方法。田贺忠等人针对目前我国缺乏对汞、砷、硒等典型有害元素大气污染排放状况认识的现状，采用排放因子法，通过现场测试调查、文献调研、专家咨询等手段，进而根据国民经济活动水平、能源生产消费状况、有色冶金等各部门生产活动水平等，以及各种装置或工艺过程污染控制水平等因素，在国内首次比较全面系统地建立了1980～2007年我国典型有害痕量元素汞、砷、硒大气排放清单及历史趋势。 　　该小组以2005 年为基准年，利用部门分析法对2005年至2020年能源利用及有害元素排放发展趋势开展了情景分析。重点研究了各省区燃煤大气典型有害痕量元素(汞、砷、硒等)排放量。按经济部门、燃料类型、燃烧方式和污染控制技术对排放源进行分类，确定各类排放源的排放因子和能源消费量。研究各省区生产原煤、洗精煤、焦炭和型煤的痕量元素含量，建立各省区间原煤、洗精煤、焦炭和型煤的传输矩阵，从而确定各省区消费原煤、洗精煤、焦炭和型煤的有害元素含量。研究人员结合各省区内各类排放源的排放因子、燃料消费量和燃料中痕量元素含量，计算出其排放量，进而给出各省区和全国燃煤大气典型有害痕量元素污染排放清单。 　　此外，该小组还将对各地区的有色金属冶炼、钢铁、水泥生产、废物处置、生物质燃烧等非燃煤源导致的典型有害痕量元素排放情况进行估算，进而与燃煤源排放清单相加，即可获得中国人为源导致的大气典型有害痕量元素污染物排放清单，并进一步通过网格化处理，利用GIS技术得到中国有害痕量元素的空间分布特征。 　　该研究有助于了解和掌握我国典型有害元素排放现状、趋势、时空分布特征等，可作为进一步开展有害元素的环境空气质量模拟和生态环境及人体健康影响的基础，并可为国家和地方政府制定相关法律、法规及技术经济政策提供科学依据。

来自于SDi 2012年10月发布的第12版Global Assessment Report称，虽然原子光谱分析方法通常可以定量检测周期表中的任何元素，但是也有专门设计的仪器，用来测量某些特定应用领域的一个或多个感兴趣元素的分析仪器。这些专用的元素分析仪器中使用了多种技术，最常见的是燃烧氧化反应之后的各种检测技术，如荧光、红外光谱、热导率、电化学等方法。样品制备和处理方法则根据检测的目标元素进行优化。 2012年全球各类元素分析仪器市场分布 　　元素分析仪器中最大部分专注于钢铁、铝和其他合金等金属样品，主要测量以下元素：碳、硫、氢、氮和氧。第二大类元素分析仪为总有机碳(TOC)分析仪，该类仪器通常包括总氮选项。TOC分析仪主要用来检测饮用水和其他纯净水中的碳含量，作为衡量水质有机污染程度。汞对健康和环境的污染导致了汞分析仪的广泛应用。 　　还有一些蛋白质分析仪用来检测氮的含量，以转化为蛋白质的含量。这些氮-蛋白质分析仪器容易被其他氮源所&ldquo 愚弄&rdquo &rdquo ，就像2008年在中国爆发的三聚氰胺事件。元素分析仪剩下的四分之一市场是各种不常见元素分析的仪器所组成，包括砷、卤素或一些主要有机元素组合的分析。　　 编译：刘丰秋

2019年1月， J200激光光谱元素分析系统在甘肃农业大学甘肃省干旱生境作物学重点实验室完成了安装调试及培训工作。该实验室于2003年10月开始筹建，是在“甘肃省作物遗传改良与种质创新重点实验室”省级重点实验室和“甘肃省节水农业工程技术中心”的基础上，于2010年2月经科技部批准组建的省部共建国家重点实验室培育基地。甘肃农业大学是农业部和甘肃省人民政府共建大学、甘肃省重点建设大学、教育部本科教学工作水平评估优秀高校。有了这套激光光谱元素分析系统，对今后的土壤元素定量分析以及植物元素测量等提供了有利的帮助和快速的实验手段。 J200激光光谱元素分析系统采用了先进的激光光谱技术，无需样品酸解等复杂的前处理，在不破坏样品的情况下，对样品进行原位无损测量，数秒内可得分析结果。当激光作用于样品表面时，在极短时间内诱导产生含有样品物质的等离子体，等离子体产生的过程中，发射出带有样品元素信息的发射光谱，通过检测这些发射光谱，得到样品的元素信息。这种技术被称为激光诱导击穿光谱技术LIBS（Laser Induced Breakdown Spectroscopy），俗称激光光谱元素分析技术，检测限可达ppm级。测量的元素可覆盖元素周期表中的绝大部分元素。该系统应用广泛于生态领域，土壤重金属污染研究，元素识别及分类溯源，元素生态地球化学，营养或污染元素在植物体内的分布等。激光光谱元素分析系统原理 进行元素分布的实验分析 植物样品中碳元素的含量测定 本次安装调试及培训得到了实验室老师和同学的大力协助，再此表示感谢。

低电压下纳米颗粒的能谱EDS元素分析方案传统的能谱EDS分析通常要求较大的工作距离和较高的电压，而利用扫描电镜对样品进行图像观察时，可能会根据观察目的来选择更短的工作距离及更小的加速电压。 日本钢铁工程控股公司佐藤博士对钢中细小夹杂物的分析工作很好地展示了不同扫描电镜SEM成像条件对电子图像的影响。图1所示为2.25Cr-1 Mo钢在不同加速电压及工作距离下所观测到的不同碳化物的衬度。图1中的i，ii，iii箭头所指（i代表M23C6，ii代表M6C，iii代表AlN）及圆圈内的位置（M2C）是不同种类的碳化物，总体而言，随着电压的降低和工作距离的缩短表面的碳化物逐渐显现其清晰的形貌及分布位置。 那么，EDS是否也可以去表征这些表面的结构呢？ 传统能谱EDS分析需要在高电压、长工作距离下进行，为了获得好的电子图像而选择的工作条件（低电压、短工作距离）对于EDS采集来说就不甚友好，通常接收到的信号过低，传统能谱几乎采集不到过多有效的信息。牛津仪器Ultim Extreme采用了不同于传统EDS的设计，将接收特征X-Ray光子信号的晶体大幅前移使之更加靠近样品，因而大大提高了信号量；Ultim Extreme的几何设计也有利于在短工作距离下的EDS分析。图2所示为传统EDS及Ultim Extreme与电子束和样品的相对几何关系的示意图，Ultim Extreme的WD和DD（探测器至样品的距离）都更短。此外，Ultim Extreme采用了无窗设计，大幅提升了低能特征X-Ray的检测率。综合以上特性，牛津仪器Ultim Extreme对低电压、短工作距离下的EDS采集效率及效果有了显著的提升。 图3所示为一离子抛光后的样品的电子图像（左）及元素分布图（右），工作电压为3kV，工作距离为4mm，元素分布图使用牛津仪器Ultim Extreme采集。从右侧的元素分布图可以轻易区分出红色的基底（不锈钢）和至少3种第二相，它们分别为粉红色的富Ni相，绿色的富Cr相及蓝色的富Mo相。在左侧的电子图像中，由于抛光的缘故，富Cr相并不清晰，EDS可以帮助快速定位、区分不同的第二相，提供形貌之外的元素信息。 在实际样品分析中，除了参数设置及电镜和EDS探头的性能之外，样品的表面状态和样品漂移也会影响低电压下能谱元素分析的结果。 1. 表面的碳（C）沉积 样品的积碳效应在低电压下尤为明显，表面沉积的无定型碳或碳氢化合物会对样品的特征X光子有强烈的吸收效应，进而影响EDS效果。通过等离子清洗可减弱样品表面的C沉积现象，进而改善EDS分析的效果。 图4所示为对样品进行等离子清洗前后经过相同电压相同剂量电子辐照后的表面状态。经过等离子清洗后的样品（右图）经过电子辐照C沉积明显减少，此时进行低电压EDS分析将更有利于Ultim Extreme能谱仪接收低能端光子信号，改善结果。 2. 样品漂移 样品漂移会造成细微结构展宽甚至畸变，对于含量很少或者尺寸很小的结构也可能因为样品的漂移而不能检出或检出结果与真实结构偏差较大。通常引起样品漂移的原因及解决方案如下： 碳导电胶坍塌所引起的物理漂移 常用的导电胶带内有大量气孔，在真空中这些气孔坍塌胶带发生变化，粘在其上的样品也会跟着移动。使用液体碳浆可解决此类问题。图5所示为10kV下含Bi粉末撒在碳胶带上和用液体碳浆进行固定的EDS分析结果，结果表明，即使是导电的大尺寸样品，使用C胶带进行固定（图5ab）也会发生颗粒的形状变化或者展宽等，而固化后的C浆（图5cd）则具有很高的稳定性，EDS元素面分布结果与电子图像完全匹配（碳浆选购网站www.51haocai.cn）。 样品导电性较差导致放电 使用低电压或低束流使样品表面达到电中性即可解决部分样品的放电漂移现象。但有的不导电样品难以通过此方法完全消除放电，此时可选择表面喷碳来解决。高倍下机台的稳定性 此类问题无法根除，只能通过跟踪样品的漂移来解决。牛津仪器AZtecLive能谱分析软件中提供了多种样品漂移矫正（Autolock）的模式来进行样品跟踪，以期获得理想的分析结果，如图6所示，高倍采集时，使用Autolock与否对颗粒物识别影响巨大。 图6. 高倍下采集EDS时，不使用AutoLock（左）和使用AutoLock（右）的比较 总结 通过扫描电镜及能谱仪，对10nm左右的纳米颗粒进行EDS分析时，推荐在低加速电压并配合牛津仪器大面积甚至无窗型Extreme的能谱采集，同时需要样品稳定性高并配合AutoLock功能，可以获得更好的空间分辨率结果。

传统的能谱EDS分析通常要求较大的工作距离和较高的电压，而利用扫描电镜对样品进行图像观察时，可能会根据观察目的来选择更短的工作距离及更小的加速电压。 日本钢铁工程控股公司佐藤博士对钢中细小夹杂物的分析工作很好地展示了不同扫描电镜SEM成像条件对电子图像的影响。图1所示为2.25Cr-1 Mo钢在不同加速电压及工作距离下所观测到的不同碳化物的衬度。图1中的i，ii，iii箭头所指（i代表M23C6，ii代表M6C，iii代表AlN）及圆圈内的位置（M2C）是不同种类的碳化物，总体而言，随着电压的降低和工作距离的缩短表面的碳化物逐渐显现其清晰的形貌及分布位置。 那么，EDS是否也可以去表征这些表面的结构呢？ 传统能谱EDS分析需要在高电压、长工作距离下进行，为了获得好的电子图像而选择的工作条件（低电压、短工作距离）对于EDS采集来说就不甚友好，通常接收到的信号过低，传统能谱几乎采集不到过多有效的信息。牛津仪器Ultim Extreme采用了不同于传统EDS的设计，将接收特征X-Ray光子信号的晶体大幅前移使之更加靠近样品，因而大大提高了信号量；Ultim Extreme的几何设计也有利于在短工作距离下的EDS分析。图2所示为传统EDS及Ultim Extreme与电子束和样品的相对几何关系的示意图，Ultim Extreme的WD和DD（探测器至样品的距离）都更短。此外，Ultim Extreme采用了无窗设计，大幅提升了低能特征X-Ray的检测率。综合以上特性，牛津仪器Ultim Extreme对低电压、短工作距离下的EDS采集效率及效果有了显著的提升。 图3所示为一离子抛光后的样品的电子图像（左）及元素分布图（右），工作电压为3kV，工作距离为4mm，元素分布图使用牛津仪器Ultim Extreme采集。从右侧的元素分布图可以轻易区分出红色的基底（不锈钢）和至少3种第二相，它们分别为粉红色的富Ni相，绿色的富Cr相及蓝色的富Mo相。在左侧的电子图像中，由于抛光的缘故，富Cr相并不清晰，EDS可以帮助快速定位、区分不同的第二相，提供形貌之外的元素信息。 在实际样品分析中，除了参数设置及电镜和EDS探头的性能之外，样品的表面状态和样品漂移也会影响低电压下能谱元素分析的结果。 1. 表面的碳（C）沉积 样品的积碳效应在低电压下尤为明显，表面沉积的无定型碳或碳氢化合物会对样品的特征X光子有强烈的吸收效应，进而影响EDS效果。通过等离子清洗可减弱样品表面的C沉积现象，进而改善EDS分析的效果。 图4所示为对样品进行等离子清洗前后经过相同电压相同剂量电子辐照后的表面状态。经过等离子清洗后的样品（右图）经过电子辐照C沉积明显减少，此时进行低电压EDS分析将更有利于Ultim Extreme能谱仪接收低能端光子信号，改善结果。 2. 样品漂移 样品漂移会造成细微结构展宽甚至畸变，对于含量很少或者尺寸很小的结构也可能因为样品的漂移而不能检出或检出结果与真实结构偏差较大。通常引起样品漂移的原因及解决方案如下： 碳导电胶坍塌所引起的物理漂移 常用的导电胶带内有大量气孔，在真空中这些气孔坍塌胶带发生变化，粘在其上的样品也会跟着移动。使用液体碳浆可解决此类问题。图5所示为10kV下含Bi粉末撒在碳胶带上和用液体碳浆进行固定的EDS分析结果，结果表明，即使是导电的大尺寸样品，使用C胶带进行固定（图5ab）也会发生颗粒的形状变化或者展宽等，而固化后的C浆（图5cd）则具有很高的稳定性，EDS元素面分布结果与电子图像完全匹配（碳浆选购网站www.51haocai.cn）。 样品导电性较差导致放电 使用低电压或低束流使样品表面达到电中性即可解决部分样品的放电漂移现象。但有的不导电样品难以通过此方法完全消除放电，此时可选择表面喷碳来解决。高倍下机台的稳定性 此类问题无法根除，只能通过跟踪样品的漂移来解决。牛津仪器AZtecLive能谱分析软件中提供了多种样品漂移矫正（Autolock）的模式来进行样品跟踪，以期获得理想的分析结果，如图6所示，高倍采集时，使用Autolock与否对颗粒物识别影响巨大。 图6. 高倍下采集EDS时，不使用AutoLock（左）和使用AutoLock（右）的比较 总结 通过扫描电镜及能谱仪，对10nm左右的纳米颗粒进行EDS分析时，推荐在低加速电压并配合牛津仪器大面积甚至无窗型Extreme的能谱采集，同时需要样品稳定性高并配合AutoLock功能，可以获得更好的空间分辨率结果。

EPMA无铅焊锡材料 随着微型电子电器的发展以及根据国家信息产业部《电子信息产品生产污染防治管理办法》的规定，无铅焊锡（lead-free solder）已逐渐成为电子电器行业中的主流焊料。相较普通焊锡，无铅焊锡具有以下三大优势： 1. 溶化后出渣量比普通焊锡少，且具有优良的抗氧化性能；2. 溶化后粘度低，流动性好，可焊性高，适用于波峰焊接工艺；3. 由于氧化夹杂极少，可以更大限度地减少拉尖、桥联现象，焊接质量可靠，焊点光亮饱满。 无铅焊锡中杂质元素含量及分布的控制决定了焊料的质量及最终的上锡效果，因此工厂需要借助电子探针（EPMA）的元素含量和图像分析功能对无铅焊锡中的杂质含量和微观分布进行检测。图1. 岛津场发射电子探针EPMA-8050G 岛津EPMA-8050G型电子探针（图1）搭载高质量场发射电子光学系统，结合岛津特有的52.5°高X射线取出角和全聚焦晶体，可以实现： 1 优越的空间分辨率EPMA-8050G可达到的更高级别的二次电子图像分辨率3nm（加速电压30kV）。 （加速电压10kV时20nm@10nA/50nm@100nA/150nm@1μA） 2 大束流更高灵敏度分析可实现其他仪器所不能达到的大束流（加速电压30kV时可达3μA）。在超微量元素的检测灵敏度上实现了质的飞跃，将元素面分析时超微量元素成分分布的可视化成为现实。 岛津研发部门使用EPMA-8050G仪器在低加速电压（7kV）条件下对电子元件和印刷电路板连接处的焊料层进行了背散射（BSE）和元素面分布分析，图2 展示了微米尺度（刻度尺5μm）上杂质元素以点状Ag颗粒沉积为主，少量Cu颗粒沉积，确定了杂质元素的种类。 图2. 焊料层背散射和元素面分布图像分析（刻度尺5μm） 扩大放大倍数（刻度尺500nm）对富集Ag颗粒区域进行背散射和元素面分布分析，图3展示清晰区分Ag颗粒所需的横向空间分辨率大致为100nm甚至更小。 图3. 焊料层背散射和元素面分布图像分析（刻度尺500nm） 使用高加速电压（25kV）条件对相同视域进行分析，图4 展示Ag颗粒在高加速电压条件下具有更广的分布范围（C、D点区域均有Ag颗粒分布），结合岛津的电子传播路径显示程序（Electron penetration display program）分析，图5 展示高加速电压条件下X射线出射深度更大，根据以上信息可模拟推断出Ag杂质颗粒在焊料层纵向上的分布（图6）。 图4. 不同加速电压（7kV和25kV）条件下背散射和Ag元素分布图像 图5. 不同加速电压条件下电子束作用范围（红色）和X射线出射深度（绿色） 图6. 推断的Ag颗粒在焊料层内的纵向分布 更多电子探针仪器信息和相关应用敬请关注岛津科技资讯通推文内容。 本文内容非商业广告，仅供专业人士参考。

钛金属日益被人们重视，被誉为“现代金属”和“战略金属”，是提高国防装备水平不可或缺的重要战略物资，由于钛具有熔点高、比重小、耐腐蚀、导热系数低、高低温度耐受性能好、在急冷急热条件下应力小等特点，其商业价值在二十世纪五十年代被人们认识，被应用于航空、航天、化工、石油、电力等高科技领域。 元素特征 钛是一种化学元素，化学符号Ti，原子序数22，在化学元素周期表中位于第4周期、第IVB族。是一种银白色的过渡金属，其特征为重量轻、强度高、具金属光泽，耐湿氯气腐蚀。钛的密度为4.54g/立方厘米，比钢轻43% ，比久负盛名的轻金属镁稍重一些。机械强度却与钢相差不多，比铝大两倍，比镁大五倍。钛耐高温，熔点1942K，比黄金高近1000K ，比钢高近500K。液态钛几乎能溶解所有的金属，因此可以和多种金属形成合金。钛加入钢中制得的钛钢坚韧而富有弹性。钛与金属Al、Sb、Be、Cr、Fe等生成填隙式化合物或金属间化合物。 钛元素的发现 （图片来源网络，如有侵权请联系我们删除）钛最早的发现者是来自于英国的格雷戈尔（Reverend William Gregor），1791年，他在英国马纳坎附近的一条小溪旁发现一些会被磁铁吸引的黑沙，分析出里面含有氧化铁和一种无法鉴别的金属氧化物。1795年，德国化学家克拉普鲁斯（Martin Heinrich Klaproth）在研究金红石时也发现了该种氧化物，并以希腊神Titans命名了其中的未知金属物质，中文音译为“钛”。当他知道格雷戈尔之前的发现后，也取得了一些马纳坎矿物的样本，并证实它含钛。1795年，德国化学家克拉普鲁斯（Martin Heinrich Klaproth）在研究金红石时也发现了该种氧化物，并以希腊神Titans命名了其中的未知金属物质，中文音译为“钛”。当他知道格雷戈尔之前的发现后，也取得了一些马纳坎矿物的样本，并证实它含钛。 钛元素的分布 钛属于稀有金属，实际上钛并不稀有，其在地壳中的丰度占第七位，占0.45%，远远高于许多常见的金属。但由于钛的性质活泼，对冶炼工艺要求高，使得人们长期无法制得大量的钛，从而被归类为“稀有”的金属。用于冶炼钛的矿物主要有钛铁矿（FeTiO3）、金红石（TiO2）和钙钛矿等。矿石经处理得到易挥发的四氯化钛，再用镁还原而制得纯钛。中国钛资源总量9.65亿吨，居世界之首，占世界探明储量的38.85%，主要集中在四川、云南、广东、广西及海南等地，其中攀西（攀枝花西昌）地区是中国最大的钛资源基地，钛资源量为8．7亿吨。中国探明的钛资源分布在21个省（自治区、直辖市）共108个矿区。主要产区为四川，其次有河北、海南、广东、湖北、广西、云南、陕西、山西等省（区）。钛的应用01在军工方面的应用钛在军事工业方面有着十分广阔的用途。核动力潜艇、水翼艇、迫击炮身管、反坦克导弹、导弹发射器、坦克防护板、防弹背心等大量用钛。据资料介绍，一艘台风级核潜艇，用钛量高达9000吨，由此可见军工对钛材的需求巨大。02在航天航空方面的应用钛广泛用于航空工业，民用飞机用钛量约占构架重量的20～25%。此外，战略火箭发动机、宇宙飞船、人造卫星天线等也大量用钛。03在海洋产业方面的应用在海水中，钛具有其他金属材料无法比拟的耐蚀性能，特别是耐受海水的高速冲刷腐蚀。目前，美国、日本、法国等国家都已研制出各种先进的钛制深潜器、潜 艇、海底实验室装置来进行海洋研究。此外，沿海电站、海上采油设备、海水淡化、海洋化工生产、海水养殖业等都广泛采用钛制设备和装置。04在化工方面的应用目前钛设备的应用已从最初的“纯碱与烧碱工业”扩展到整个化工行业，设备种类已从小型、单一化发展到大型、多样化。据化工部门预计，化工行业的年用钛 量将超过1500吨。二十世纪70～80年代以后，我国真空制盐企业逐步开始采用钛金属材料制造设备，结果设备腐蚀情况大大改观。05在石油精炼中的应用 在石油精炼过程中，石油加工产品与冷却水中的硫化物、氯化物和其他腐蚀剂，对炼油装置特别是低温轻油部位的常减压塔顶冷凝设备的腐蚀性严重，设备腐蚀 问题已经成为困扰炼油工业的突出问题之一。近年来美国、日本等国将钛制设备引入到这些高腐蚀的环节，取得了很好的效果。06在汽车工业方面的应用钛的轻质、高强度等性能早已被汽车制造商所关注，钛在车上的应用已有许多年的历史，目前车几乎都使用了钛材，日本汽车用钛已超过600吨，随着全球汽车工业的发展，汽车用钛还在快速增加。07在医学中的应用随着医疗技术的提高，在人体内植入金属是十分常见的外科手术，由于钛金属具有与人体组织排异反应弱，目前被广泛于人工骨骼、人工关节、人造牙等人体植入物方面得到广泛的应用。此外，钛在制药机械、医疗器械方面的应用也得到进一步的认识，未来需求不可低估。08在体育和日用品方面的应用钛在全球高尔夫球具制造领域的消耗数量巨大，每年用于钛高尔夫球具制造的钛材量高达6000多吨。此外，网球拍、羽毛球拍、滑雪杖、雪铲、登山冰杖、登山钉、雪撬、击剑防护面罩、钓鱼杆、自行车、眼镜架、手表、工艺品以及其它生活用品都广泛使用钛材。09在能源材料中的应用除上述用途外，钛在电池材料、核工业、建筑材料、地热开发、电力、尤其探勘与开发等方面都有广泛应用。

中科院广州地球化学研究所赵振华研究员及研究小组在对河北省张家口东坪特大型金矿中钾化-硅化碱性正长岩研究中，发现了一种新类型的稀土四分组效应—MW复合型，该研究成果已作为科学通报2010年第15期封面文章发表。 　　赵振华研究员是国际上最早发现和研究高分异花岗岩及水岩作用过程中稀土元素四分组效应的地球化学家之一。他发现的稀土四分组效应—MW复合型显示了M型和W型稀土四分组效应同时出现在同一类岩石(矿石)中。对该种岩石中磷灰石和锆石单颗粒矿物的稀土组成原位分析一致显示了熔体结晶(岩浆)及热液流体交代叠加作用，并可能至少有两期热液活动。它揭示了具有MW复合型稀土四分组效应的东坪特大型金矿形成过程中熔体-流体共存及富Cl, CO2和Si, K, Al, 高温、中低盐度热液流体交代作用的叠加。该新发现丰富了稀土四分组效应的类型和内容，并为探讨与碱性岩浆的金成矿作用提供了新资料。 　　稀土四分组效应(tetrad effect)是由于镧系元素4f电子层1/4, 1/2, 3/4, 至完全充满状态其化学性质的差异性变化造成的。即La-Ce-Pr-Nd, Pm-Sm-Eu-Gd, Gd-Tb-Dy-Ho 和Er-Tm-Yb-Lu化学性质分组，Nd/Pm, Gd, Ho/Er 为分界点，每4 个稀土元素为一组，各组在化学过程呈现出更相似的性质。在球粒陨石标准化图解中形成四组上凸或下凹的曲线，分别称为M型和W型四分组效应,它完全偏离了岩石中常见的线性分布规律。在已有研究中发现的高演化岩浆岩、水溶液和热液成因矿物中M型和W型稀土元素四分组效应均是分别单独存在的。

《RISE大招》前情回顾：与RISE之相遇、相知、相恋和相爱。本系列前几集讲述了RISE拉曼-电镜一体化系统在传统扫描电镜“心有余而力不足”的分析困境下一跃而出到它对于无机材料分析的武功路数：无机相鉴定、金属夹杂分析、结构和结晶度分析等等。（前三集链接：点击下列文字即可快速查看）。01 “我的前半生”结束了，后面的科研之路就靠它了！02 无机材料分析，RISE还有这些大招！03 《RISE大招》无机材料之结构分析和结晶度分析今天呢，主要给大家讲讲RISE对于无机材料中微量元素分析、取向分析和取向应力分析的解决方案。无机材料之微量元素分析在传统的电镜中，由于EDS的检出限为0.1%，所以对于一些微量元素的分析来说较为困难。尤其是要做微量元素或者差异很小的面分布来说，EDS往往不能满足我们的需要。虽然拉曼光谱并不能直接得到元素含量和分布分析，但是有时候微量元素的变化足以引起对应的特征拉曼峰的变化。此时便可利用拉曼光谱去进行微量元素的分析。 如下图，为某矿物试样。Nd元素含量较低，EDS无法通过Mapping将其分布准确的显示。 如果要点扫描，虽然单点数据可以比mapping更准确的测出Nd的含量，但是无法得到分布。如果要仔细分析，需要用户选择很多个测试点进行分析。但是这样得到的数据工作效率很低，数据整理困难，且准确性也难以评价。 而在RISE下则可以先进行拉曼面扫描，发现Nd元素对应的特征峰的积分强度随元素含量而有变化。元素Nd含量偏高的区域的拉曼光谱和红色接近，含量偏低的和蓝色谱图接近，所以根据谱图拟合后得到了根据Nd元素含量而得到的RISE图像。很快的可以找到Nd元素含量偏高或偏低的区域。根据RISE图像，我们还可以再去进行EDS分析，对含量偏高或偏低的区域做更精确的EDS定量分析。这比没有RISE图像仅根据SEM图像随机选点采集很多个数据点，再进行后期分析，无论是准确度还是效率上均要提高很多！无机材料之取向分析取向是晶体材料的重要基本参数，拉曼光谱虽然不能像EBSD一样直接进行晶面指数的分析，但是对于很多无机材料来说，取向不同其拉曼特征峰也会产生积分强度不同或者峰位有所偏移的情况。 如下图，试样为白铁矿晶体，主要成分为FeS2，结构属斜方双锥晶类，对称性较低。在RISE系统下，SEM图像获得了明显的ECC衬度，然后再进行拉曼光谱面扫描，发现不同晶粒的拉曼特征谱线有一定的变化，其峰的积分强度和峰的位置都随取向有一定的关系。进行谱线拟合后，得到了随取向变化的RISE图像。虽然我们不能得到每个晶粒的精确的取向，但是晶粒的分布及大小却可用非常清楚的从RISE图像获得。RISE不同于EBSD识别衍射花样，它另一个角度为分析晶粒提供了一定新的方法。 无机材料之取向应力分析应力测试也是无机材料分析的重要方面，目前微区应力分布测试主要手段是EBSD，通过测试取向差的分布来间接的反应的情况下。但是EBSD分析手段又有一定的局限性。 拉曼光谱也可以间接的反应应力的情况。如果存在压缩应力，特征峰会往高波数方向移动；反之，若存在拉伸应力，特征峰会向低波数方向移动。且应力越大，特征峰的位移越大。 RISE系统的拉曼成像能力非常强大，可以用特征谱线的位移来进行成像。如下图，对做过纳米压痕的单晶硅表面进行RISE成像。发现压痕中心区，特征峰往高波数方向移动，周边往低波数方向移动。根据此规律成像后，得到了纳米压痕区域，硅表面的压缩和拉伸应力分布图。 RISE七十二般武艺，招招新奇，但一招一式，每一个路数都为更好地帮助您的科研分析而生。除了应对传统扫描电镜分析能力薄弱的问题，RISE系统还切实突破并解决了传统意义上的电镜-拉曼联用系统的种种分析弊端，采用了扫描电镜-拉曼光谱一体化的硬件和软件设计，使得综合分析更加行之有效。《RISE大招》下集看点：说了这么多，是时候总结一下啦~Hahaha...关于TESCANTESCAN发源于全球最大的电镜制造基地-捷克Brno，是电子显微镜及聚焦离子束系统领域全球知名的跨国公司，有超过60年的电子显微镜研发和制造历史，是扫描电子显微镜与拉曼光谱仪联用技术、聚焦离子束与飞行时间质谱仪联用技术以及氙等离子聚焦离子束技术的开拓者，也是行业领域的技术领导者。↓ ↓ ↓ 观看RISE大招全系列，请戳：01 “我的前半生”结束了，后面的科研之路就靠它了！02 无机材料分析，RISE还有这些大招！03 《RISE大招》无机材料之结构分析和结晶度分析

盐湖卤水✦锂离子电池是新能源汽车的重要组成部件，随着新能源汽车的快速发展，人们对锂的需求量逐年攀升，提锂工艺技术的发展也日益受到重视。地壳中锂的含量仅为0.0065%左右，其中少部分存在于岩石矿床中，而约80%的锂资源蕴含于盐湖卤水中。我国是一个锂资源大国，锂资源总储量位居世界di二位，其中盐湖卤水锂资源储量占我国锂总储量的79%，主要分布于我国的青海和西藏等省。盐湖卤水成分复杂，含有大量金属和非金属元素，其中的锂含量小到10 mg/L大到4000 mg/L。为了评价盐湖的开采价值以及开采费用，测试锂含量是非常必要的。而其他痕量元素在整个提取过程中会直接影响最终产品的品质，因此，也常常需要测试其他杂质元素。测试难点： 盐湖卤水盐分高：容易堵塞雾化器和在炬管处积盐，影响测试准确性。 基体干扰：如何在高盐基体中准确测试主量Li和其他杂质元素的含量。 炬管寿命：盐湖卤水中存在的大量碱金属以及Li和Na，在高温状态，与石英炬管中的二氧化硅反应，生成硅酸盐，硅酸盐与石英成分不同，出现玻璃析晶，即石英炬管变得不透明，进而产生裂缝或断裂，缩短炬管的使用寿命。图1 A为高盐样品通入等离子炬中的状态B为析晶的石英炬管赛默飞解决方案01仪器：iCAP PRO Series ICP-OES Duo图2 iCAP PRO Series外观图02进样系统为了应对这种复杂基体测试，我们采用了D-Torch陶瓷炬管，陶瓷炬管材质为氮化硅，氮化硅陶瓷材料具有热稳定性高、抗氧化能力强以及产品尺寸精确度高等优良性能。由于氮化硅是键强高的共价化合物，并在空气中能形成氧化物保护膜，所以还具有良好的化学稳定性，1200℃以下不被氧化，1200~1600℃生成保护膜可防止进一步氧化，并且不被铝、铅、锡、银、黄铜、镍等很多种熔融金属或合金所浸润或腐蚀。图3 石英炬管和陶瓷炬管03仪器参数和配置表1 仪器参数和配置04样品制备实验中，为了模拟盐湖样品，所有样品的制备均采用25%的饱和食盐水作为基体溶液，然后向其中加入一定量的杂质元素和Li元素。另外，采用Y溶液作为内标元素校正仪器的波动。05标准溶液配制表2 待测元素标准溶液浓度(单位：ppm)图4 紫外区元素的谱图叠加表3 各元素选择的波长，观测方式，线性相关系数和方法检出限06实验准确性实验中选择含3000 mg/L Li并含有18种0.5 mg/L微量元素的样品作为QC样品，测试了该样品中微量元素的11h准确性，测试结果如图4。痕量元素的波动范围在90%-110%之间。图5.QC样品中痕量元素11h准确性07内标回收率实验过程中监控了11h内标元素的回收率，回收率在90%-115%。图6. 11h内标元素的回收率iCAP PRO优势iCAP PRO是耐高基体的垂直炬管双向观测，采用空气动力学设计的全新炬室，强耐腐蚀氮化硅-刚玉吹扫接口。iCAP PRO的精密恒温光室以及内光路无可动器件和全质量流量计保证了无与伦bi的测试稳定性。作为光谱仪最为核心的CID检测器，它的天然防溢出和非破坏读取，实现了高低含量元素的同时检测。检测器有2048 x 2048 像素点，全波长范围一次读取，读取速率为2MHz，实现了快速测试。设置有单手即可拆卸的插拔式进样系统以及具有自动调谐、一键优化的Qtgera智能软件，为用户提供极大的便利。Li元素标准曲线的浓度为从10mg/L到5000mg/L，相关系数为R2为0.9999，可见仪器具有很宽的线性范围，对盐湖样品，不需要进一步稀释即可进行测试。图7 Li元素标准曲线结论与展望iCAP PRO 系列 ICP-OES可以耐受盐湖卤水样品的高基体，实现了高含量Li和杂质元素的同时检测，Li元素线性范围宽，Li元素和杂质元素的测试准确性高，因此，iCAP PRO 系列 ICP-OES完全可以胜任盐湖提锂工艺中元素测试。作为一种清洁能源，新能源汽车受到了广泛的青睐并且得到了长足的发展，在未来的十年，新能源汽车的市场份e有望在目前的基础上翻10倍以上，经过几年的快速增长，全球将有超过1000万辆的新能源汽车在路上，并且预测在2030年将达到4000万辆，到2050年将会增长到3亿辆。我国作为盐湖大国，盐湖提锂势必迎来新高潮，赛默飞光谱仪将助力盐湖提锂的快速发展。

近日，中国科学院南京地质古生物研究所研究员王伟团队研发的“非破坏性立体化石及文物表面化学元素分布特征分析方法”获得国家发明专利授权。常见的化石多为硬体骨骼化石，软躯体化石可提供更多生物信息，但由于生物死亡后腐败降解等原因通常难以保存。然而，软躯体在降解过程中会释放不同类型的有机物，这些有机物与周围的沉积物发生反应，往往会在化石周围的岩石中留下一些化学元素信息。此前通常用电子显微镜的能谱(EDS)或同步辐射X射线荧光光谱(SXRF)检测化石表面的化学元素分布。这些分析需将样品-X射线光源-探测器(简称“样-源距离”)之间的距离保持一致，才能获得化石形状和元素浓度的综合图像。如果开展一定面积的检测，就需将化石及围岩磨成平面(或不断调整样品位置，几乎较难实现)，才能保持“样-源距离”不变。然而，磨平这种破坏性方法对于重要化石来说是难以接受的，因此无损伤检测手段亟待探寻。王伟团队研发的三维X射线荧光扫描仪通过建立化石及围岩表面的空间数学模型，实时移动检测器和X射线光源的空间位置，实现它们与化石及围岩表面保持同等距离。该方法克服了化石及围岩立体表面对分析结果的干扰，也避免了样品需磨平带来的损害。此外，该扫描仪还增加了惰性气体喷气口，可降低大气中的氧气、氮气对测量结果的影响，使得测量环境可与真空媲美。激光漫反射能量检测反馈系统可实现非光滑表面的精准检测，从而使大型化石表面化学元素分布的无损测量成为可能。三维X射线荧光扫描仪的研发为古生物学-地质学研究提供了新工具，并可为文物等相关领域开展元素级样品鉴定提供参考。研究工作得到中科院、国家自然科学基金、现代古生物学和地层学国家重点实验室的支持。三维X射线荧光扫描仪通过三维X射线荧光扫描仪对贵州龙化石进行检测并得到元素分布示意图。其中，左边为待测样品贵州龙化石，右边为Ca元素含量分布图，元素含量越高，则在图中显示的颜色越深。

近日，中国科学院南京地质古生物研究所研究员王伟团队研发的“非破坏性立体化石及文物表面化学元素分布特征分析方法”获得国家发明专利授权。常见的化石多为硬体骨骼化石，软躯体化石可提供更多生物信息，但由于生物死亡后腐败降解等原因通常难以保存。然而，软躯体在降解过程中会释放不同类型的有机物，这些有机物与周围的沉积物发生反应，往往会在化石周围的岩石中留下一些化学元素信息。此前通常用电子显微镜的能谱（EDS）或同步辐射X射线荧光光谱（SXRF）检测化石表面的化学元素分布。这些分析需将样品-X射线光源-探测器（简称“样-源距离”）之间的距离保持一致，才能获得化石形状和元素浓度的综合图像。如果开展一定面积的检测，就需将化石及围岩磨成平面（或不断调整样品位置，几乎较难实现），才能保持“样-源距离”不变。然而，磨平这种破坏性方法对于重要化石来说是难以接受的，因此无损伤检测手段亟待探寻。王伟团队研发的三维X射线荧光扫描仪通过建立化石及围岩表面的空间数学模型，实时移动检测器和X射线光源的空间位置，实现它们与化石及围岩表面保持同等距离。该方法克服了化石及围岩立体表面对分析结果的干扰，也避免了样品需磨平带来的损害。此外，该扫描仪还增加了惰性气体喷气口，可降低大气中的氧气、氮气对测量结果的影响，使得测量环境可与真空媲美。激光漫反射能量检测反馈系统可实现非光滑表面的精准检测，从而使大型化石表面化学元素分布的无损测量成为可能。三维X射线荧光扫描仪的研发为古生物学-地质学研究提供了新工具，并可为文物等相关领域开展元素级样品鉴定提供参考。研究工作得到中科院、国家自然科学基金、现代古生物学和地层学国家重点实验室的支持。三维X射线荧光扫描仪通过三维X射线荧光扫描仪对贵州龙化石进行检测并得到元素分布示意图。其中，左边为待测样品贵州龙化石，右边为Ca元素含量分布图，元素含量越高，则在图中显示的颜色越深。来源：中国科学院南京地质古生物研究所

为贯彻《中华人民共和国环境保护法》《中华人民共和国固体废物污染环境防治法》，防治生态环境污染，改善生态环境质量，规范固体废物中无机元素的测定方法，生态环境部新发布《固体废物 无机元素的测定 波长色散 X 射线荧光光谱法(HJ 1211—2021) 》，标准测定固体废物中 16 种无机元素和 7 种氧化物，标准在3月1日正式实施。 图 | 标准文件 起草单位是湖南省生态环境监测中心与湖南大学，岛津作为标准验证单位参与了标准的验证工作，新标准的正式实施后，固体废物的无机元素分析除了常规AA、ICPMS等原子光谱分析外，X射线荧光测定固体废物也有标准可依。在现行实施标准中，X射线荧光在土壤沉积物、环境空气、固体废物均有相应标准。（见下表） 现行X射线荧光光谱法标准 波长色散X射线荧光对于AA、ICPMS等仪器而言，最主要的是无需化学前处理，通过压片制样就可以分析。标准采用熔融玻璃片和粉末压片两种方式。熔融玻璃片法适用于污泥、污染土壤、粉煤灰、尾矿废石和冶炼炉渣等固体废物试样制备，而粉末压片法适用于污泥、污染土壤及粉煤灰固体废物试样制备。图 |左：熔融玻璃片制片；右：粉末压片制样 制样小技巧：1.保证制备样品的均匀性和一致性。使标准物质和待测样品的组成、粒度、制样条件等尽可能保持一致。这样才能进行准确的定性、定量分析。2.选择适宜的样品粒度，选用合适的制样方法。根据需要，将样品粉碎至符合分析要求的粒度。同时，尽管XRF分析通常可采用粉末压片法，但必要时应采用熔融玻璃片法制样，以基本消除粒度效应和矿物效应，保证足够的分析精密度和准确度。3.对于内聚力差、难以成团的样品（如粉煤灰），可以通过添加适当的黏结剂（如硼酸或微晶纤维素），增强样品的团聚性，使压片更均匀。 波长色散型X射线荧光光谱仪XRF-1800高稳定性--安全，低故障高灵敏度--元素Be~U,浓度ppm~%BG-FP法--可分析少量样品、高分子膜厚等250μm图像分析功能--元素分布成像分析 新标准的适用范围包括测定污泥、污染土壤、粉煤灰、尾矿废石和冶炼炉渣等固体废物，除新标准的规定的范围外，那么其他来源复杂的固危废如何分析呢? 新标准要求标样准确制样均匀，那么没有标样或难以前处理的固危废又如何分析呢？ 作为X射线荧光的另一种类，岛津的能量色散型X射线荧光(EDX)可以解决上述问题。固危废行业的快速定性分析，重金属及有害元素的筛选分析，主量或特定元素分析，岛津的EDX都可以应对。相对于波长色散X射线荧光，EDX无需对样品进行压片或熔片的前处理，快速筛选时无需标样，虽然轻元素的灵敏度较波长色散稍微低一些，但作为化学分析的有利辅助绰绰有余。 能量色散型X射线荧光光谱仪EDX系列EDX分析应用： 工业固废直接分析油泥直接分析本文内容非商业广告，仅供专业人士参考。

锂离子电池是一种可充电蓄电池，其通过从活性材料的结构中解吸/插入Li+来充电/放电。从制作工艺而言，锂电池正极由活性材料、导电剂、粘结剂、增稠剂及溶剂去离子水等多相物质混合制成。这其中，对于提高性能和质量控制，最重要的是活性材料、粘合剂和导电添加剂的工作状态和分布状态。图1 锂电池充放电示意图目前应用最为广泛的正极材料主要有钴酸锂、磷酸铁锂、锰酸锂、三元材料镍钴锰酸锂和镍钴铝酸锂等。其中高镍三元锂离子电池正极材料NCM（锂镍锰钴氧化物；Li(Ni-Co-Mn)O2）凭借比容量高、成本较低和安全性优良等优势，成为研究的热点，被认为是极具应用前景的锂离子动力电池正极材料。为了保证电极具有良好的充放电性能，通常加入一定量的导电剂，在活性材料之间、活性材料与集流体之间起到收集微电流的作用，以减小电极的接触电阻，加速电子的移动速率。导电剂的材料、形貌、粒径及含量对电池都有着不同的影响，碳系导电剂从类型上可以分为导电石墨、导电炭黑、导电碳纤维和石墨烯。常用的锂电池导电剂可以分为传统导电剂(如炭黑、导电石墨、碳纤维等)和新型导电剂(如碳纳米管、石墨烯及其混合导电浆料等)。锂电池粘结剂是一种将活性材料粘附在集流体上的高分子化合物。专门用于粘结和固定电极活性材料，增强电极活性材料与导电剂以及活性材料与集流体之间的电子接触，更好地稳定极片的结构。聚偏氟乙烯(PVDF)是一种具有高介电常数的聚合物材料，具有良好的化学稳定性和温度特性，具有优良的机械性能和加工性，对提高粘结性能有积极的作用，被广泛应用于锂离子电池中，作为正负极粘结剂。另一方面，正极中的这三种主要物质的分布状态和工作状态决定了锂电池的充放电性能。最常遇到的不利情况包括不导电的粘结剂对活性材料的包裹导致无法参与反应，活性材料颗粒的碎裂导致隔离于反应体系，粘结剂/导电剂分散不均导致一些区域间隙过大使活性材料隔离于反应体系。在这些情况下活性材料成为死的活性材料，不再参与电极反应。图2 正极中各组分存在状态为了更全面地分析，需要结合多种仪器进行。传统上，SEM+EDS可以对正极表面形貌和元素分布。但是局限性也很大，首先，EDS仅是一种定性分析工具，不能对元素进行定量分析，需要更精确的方法；另一方面，SEM仅能观察形貌，无法观测正极的工作状态，需要一种表面电学性能观测的方法。因此本实验使用EPMA电子探针微量分析仪(EPMA-8050G)测量正极的元素分布，使用原子力显微镜(SPM-9700HT)观测表面电流分布状态。通过比较EPMA和SPM相同区域图像来评估正极表面各种组分的工作状态。比较EPMA和SPM在相同区域的分析结果。图3至图5示出了EPMA数据，图6至图8示出了SPM数据。在EPMA结果中，图3是成分图像(COMPO)，图4是C和F分析的叠加图像，图5是Mn、Co、Ni和O分析的叠加图像。因为导电剂和粘结剂都含有C，图4中C的位置是导电剂和粘合剂，因为只有粘合剂（PVDF）含有F，因此F的位置是粘合剂。图5中Mn、Co、Ni和O的重叠位置是活性材料。在SPM图像中，图6是用电流模式下的SPM获得的表面形貌图像，图7是低偏压激励下小电流分布图像，图8是高偏压激励下大电流分布图像。结合图6和图5，对比可知道活性材料的分布与形貌；结合图2，可认为图8中电流区域为为导电剂；同时对比图7和图8，从图7中扣除图8的大电流区域，可认为其他小电流区域为活性材料，即活性材料A区域。但是结合图7和图5 ，可发现有些活性材料在偏压激励下并没有电荷移动（形成电流），因此可判断，未形成电流的活性材料可能是被不导电的粘合剂包裹，或者因破碎和间隙被隔离于反应体系，无法参与充放电，即活性材料B区域。由此实验可见，对于锂电池的研究，结合元素分析工具（EPMA）和电流分析工具（SPM），既可以了解到各种组分的分布，还可以深度了解个部分的工作状态及可能的失效原因，为深入理解锂电池的工作原理与过程提供可行实验方案。本文内容非商业广告，仅供专业人士参考。

元素的形态是指某一元素以不同的同位素组成、不同的电子组态或价态以及不同的分子结构等存在的特定形式。元素形态分为物理形态和化学形态，物理形态是指元素在样品中的物理状态，如溶解态、胶体和颗粒状等 化学形态是指元素以某种离子或分子的形式存在，其中包括元素的价态、结合态、聚合态及其结构等。一般意义上所说的元素形态泛指化学形态，元素形态不同于元素价态，同一元素的相同价态可能有多种形态，如价态为五的砷元素，其元素形态可分为无机态和多种有机态的砷形态。 　　元素在食品中以不同的形态存在，元素对于人体的作用和元素的形态密切相关。这里所说形态是指该元素在不同种类化合物中的表现或分布。比如铬，三价铬是人体耐糖因子的组成部分，很多糖尿病和人体缺乏三价铬有关，而六价铬则是比较强的致癌物。不同形态砷之间的毒性差异也很大，如以有机砷形式存在的砷糖、砷甜菜碱几乎没有毒性，而无机砷化物的毒性却很高。所以，对于某些元素，只了解某元素在食品中的总量还是不够的，我们在了解总量的同时，更希望了解某元素在食品中的形态组成。 　　测量元素的形态，可以通过以下一些方法来实现： 　　分光光度法：在显色时对元素的形态有特定要求，可以利用这一特性，进行形态分析。比较典型的例子是水中六价铬的测量。这一方法通常干扰大、灵敏度不是很高，在简单基质有一定应用的范围。 　　原子荧光法(AFS)：由于产生氢化物对元素的形态有一定的要求，可以利用这一特点进行形态分析。比如说有机砷几乎不会和硼氢化物生成氢化砷，氢化物-原子荧光法不能直接检测有机砷，而无机砷则能和硼氢化物进行反应而被探测到。利用这一特点可以测量某些元素的不同形态。该方法的特点是灵敏度很高。不足之处是特异性强，只能分析有限几种元素中某些形态，应用不广。 　　色谱法：采用色谱柱分离不同形态，然后用分光光度或电导等检测器测量。比如离子色谱法就是比较常用的方法。这一方法由于有预分离处理，干扰比分光光度法小，灵敏度也好一些。 　　预分离法：对试样先根据元素不同形态的特点，进行预分离，如有机萃取、离子吸附和交换等手段，将某特定形态和其它形态分离后收集，再采用一些光谱的分析方法测量。这种方法灵敏度比较高，但前处理比较复杂，也容易受到干扰。 　　色谱-光谱(质谱)联用法：该方法采用在线色谱分离，分离后各组分直接进入光谱仪器测量。结合了色谱和光谱技术的优点，具有分离效果好、灵敏度高、应用广泛等优点。缺点是设备较为昂贵，从色谱到光谱的接口技术需要解决，前处理方法也有待加强研究。不同的色谱和光谱联用技术都有文献报道，主要集中在色谱和等离子体质谱仪(ICP-MS)的联用上。目前常见的有以下几种联用方法。 　　1、液相色谱-ICP-MS联用 　　液相色谱(HPLC)-ICP-MS联用技术适用于食品样品中难挥发的化合物的分析。由于液相色谱的流速和ICP-MS 进样速度一致，所以联接非常简单方便，其联用接口非常简单。另外，由于液相色谱的特点，具有进样量小、分析速度快、分离效果好等优点。因此，HPLC与ICP&mdash MS联用技术在各类食品中砷、硒、锡、汞等元素形态分析领域得到了越来越多的应用，相关的研究也最多。在使用该技术时，要注意液相流动相的成分是否符合ICP-MS的进样溶液要求。如果有机相比例过高，则需要辅助氧化技术。 　　2、离子色谱-ICP-MS联用 　　离子色谱法(IC)作为一种有效的分离和检测技术，已经在金属和非金属离子的测定中得到了较多应用，已成为成为解决复杂机体中超痕量离子形态分析的有效工具，也是ICP&mdash MS相关联用技术研究的热点之一，在食品分析领域有着越来越多的应用。其联用方法和液相色谱一样，也很简单。目前相关文献集中在铬、砷、锑、溴、碘等形态的检测研究上。同样的，使用该技术时，要注意离子色谱流动相和ICP-MS进样要求的匹配性，流动相的可溶性固体含量不能太高。 　　3、气相色谱-ICP-MS 　　气相色谱(GC)适用于易挥发或中等挥发的有机金属化合物的分离，而且分离之前的衍生化步骤不仅使分离与分析过程复杂化，而且增加了待测形态丢失或玷污的可能性。而且气相和ICP-MS联接需要一个专用的接口。因此，GC与ICP&mdash MS联用应用于元素的形态分析具有一定局限性。目前，GC-ICP-MS技术仅限于烷基铅、烷基锡和烷基汞等形态的分析上。 　　4、毛细管电泳-ICP-MS 　　相对与气相和液相色谱，毛细管电泳(CE)具有分离效率高、消耗样品量少、分离时间快等特点适用范围广，可分离从简单离子、非离子性化合物到生物大分子等各类化合物。但是在分离过程中，样品中分析物的原始形态可能由于电解质或pH值的调节而发生变化，样品的组成也是影响CE分离的一个重要因素，由于CE与ICP&mdash MS的接口没有HPLC成熟，在一定程度上制约了CE-ICP&mdash MS联用技术的应用。但相关的研究还是不少，主要集中在食品中砷、硒、汞等元素形态的分析。 　　5、液相色谱-AFS 　　由于中国AFS的技术领先于世，所以该研究在国内发展也很快。由于AFS对某些元素，如As、Se、Hg等的检测灵敏度很高，而且这些元素也是形态分析所最关注的元素，所以AFS在元素形态分析上大有用武之地。如前所述，单用AFS能进行一些特定的形态分析，而要完成更好的分离和检测，就需要和色谱联用。现在主要是和液相色谱联用，已经有多款HPLC-AFS仪器上市。该技术的优势在于具备了液相分离的优点，也能利用AFS的高灵敏度和元素特异性，仪器的整体价格也不高。其缺点在于，检测元素受到AFS的限制，而且AFS检测状态的稳定性也较难保证。 　　食品中元素形态分析的标准： 　　1、砷的形态分析标准 　　根据GB 2762-2012 《食品中污染物限量》，规定了食品中无机砷的限量标准，所以也有相关的检测方法： 　　GB/T 5009.11-2003 食品中总砷及无机砷的测定 ：无机砷检测采用原子荧光法，前处理和总砷不一样。 　　GB/T 23372-2009 食品中无机砷的测定 液相色谱-电感耦合等离子体质谱法：该标准采用HPLC-ICP-MS联用技术，分离和检测能力都很强。 　　有机砷农药的检测方法有一个行业标准：SN/T 2316-2009 进出口动物源性食品中阿散酸、硝苯砷酸、洛克沙砷残留量检测方法 离子色谱-电感耦合等离子体质谱法 　　2、汞的形态分析标准 　　根据GB 2762-2012 《食品中污染物限量》，规定了食品中有机汞(以甲基汞计)的限量标准，所以也有相关的检测方法： 　　GB/T 5009.15-2003 食品中总汞及有机汞的测定： 有机汞采用气相色谱法和预分离&mdash 冷原子光度法。 　　无机砷和有机汞的检测方法都有缺陷，修订的新方法(草案)采用液相-原子荧光联用法，但也有问题，到现在没有颁布为更新方法。 　　3、溴酸盐的形态分析标准 　　由于溴酸盐是2B类致癌物，所以已不允许作为添加剂使用。食品中溴酸盐的形态分析有两个标准，都用离子色谱法： 　　GB/T 20188-2006 小麦粉中溴酸盐的测定 离子色谱法 　　SN/T 3138-2012 出口面制品中溴酸盐的测定 柱后衍生离子色谱法 　　水中溴酸盐也有限量标准和检测方法，在相关水检测标准中，也是离子色谱法。 　　4、铬的形态分析标准 　　六价铬的检测方法有一个行业标准： 　　SN/T 2210-2008 保健食品中六价铬的测定 离子色谱-电感耦合等离子体质谱法 　　水中的六价铬也有相应标准检测方法，采用经典的比色法。在水的检测标准中。 　　　　(撰稿人：上海出入境检验检疫局 杨振宇 博士) 　　注:文中观点不代表本网立场,仅供读者参考

土壤质量直接影响其有机体的健康。然而，土壤容易受到人类活动的干扰，如采矿、工业化和农业活动，导致严重的土壤污染。在各种土壤污染中，有毒元素会对人类和家畜健康以及食品安全造成威胁。因此，监测这些污染类型的浓度和分布对于土壤修复项目至关重要。然而，传统采样和实验室分析方法成本高、费事费力且局限于采样点位置，不能很好地具体化浓度的空间分布。因此，需要具有高空间效应的快速有效的技术。许多研究已经利用图像光谱和其它辅助数据或环境变量来预测有毒元素的分布。而由于卫星图像中云或阴影的存在，土壤采样和图像获取日期存在差距，这种情况下，需要用到具有不同光谱和空间特征图像的融合，以增加图像的时间分辨率。Sentinel-2A是“全球环境与安全监测”计划的第二颗卫星，其携带一枚多光谱成像仪，可覆盖13个光谱波段，从可见光和近红外到短波红外，具有不同的空间分辨率。Landsat 8是美国陆地卫星计划的第八颗卫星，其携带的陆地成像仪包括9个波段，空间分辨率为30 m。两者的协同应用将改进对地球表面的及时和准确观测，以及遥感不同学科的使用。基于此，在本研究中，来自捷克生命科学大学的研究团队于2015年8月12日在Sarcheshmeh矿山采集了120个土壤样品，在实验室进行化学（As、Pb、Zn和Cr）和光谱测量（ASD Fieldspec 3地物光谱仪）。并于2015年8月13日获取Landsat 8-OLI图像，2016年1月20日获取Sentinel-2A图像。旨在探索Landsat 8-OLI和Sentinel-2A单个图像及其相融合量化As、Pb、Zn和Cr的潜力。为了达到融合目的，作者采用了不同的融合技术，即HSV色彩模型、Brovey、主成分分析（PCA）、Gram-Schmidt (GS)、小波和ATPRK。同时，采用遗传算法（GA）选取实验室光谱中所需的重要波长，以建立偏最小二乘回归（PLSR）预测模型，以评估所选变量对最终模型性能的影响。【结果】利用全部光谱（PLSR）和选定波长（GA-PLSR）建立的有毒元素预测模型的性能。（验证数据集）整合了Landsat 8-OLI和Sentinel-2A波段的融合方法的定量评估将GA-PLSR应用在图像像素光谱中建立的有毒元素预测模型的性能【结论】研究结果表明，与单个Landsat 8-OLI和Sentinel-2A图像的像素光谱相比，其融合产物的像素光谱与实验室实测样品的反射响应高度一致，尤其是在VNIR区。单因素方差方法也在实验室光谱和融合图像像素光谱之间产生了更相似的波长。对于单个Landsat 8-OLI和Sentinel-2A图像，GA-PLSR模型在Sentinel-2A数据上性能较好，而Landsat8-OLI对As的预测结果更好。与其它融合技术相比，将GA-PLSR模型应用在ATPRK融合的图像中可以产生更准确的预测结果。总之，该研究表明，Landsat 8-OLI和Sentinel-2A图像相融合可以提高土壤有毒元素预测模型的性能。

增材制造常被称作3D打印，是一种从无到有逐层构建三维结构或组件的制造工艺。其原理是以计算机三维设计模型为蓝本，通过软件分层离散和数控成形系统，将三维实体变为若干个二维平面，利用激光束、热熔喷嘴等方式将粉末、塑料等特殊材料进行逐层堆积黏结，最终叠加成形，制造出实体产品。目前增材制造应用行业日益增多，包括航空航天，汽车制造，消费电子，生物医疗，工业设备等。增材制造工艺包括：粉床熔融成型，立体光刻工艺，熔融沉积成型，喷胶粘粉工艺等。相比于传统的减材制造方式，增材制造工艺具有低成本、高效益等优势，越来越受到各行业的青睐。但要成功地进行增材制造，前提是必须对组件的原材料（如金属粉末和聚合物粉末）进行表征筛选。为什么材料表征很重要？使用增材制造工艺生产的组件在性能上高度依赖于其基本的微结构，而微结构又取决于原材料（金属、聚合物）的性能和所使用的工艺条件。在工艺条件固定的情况下，最大的不确定性就来自于材料；材料性能不一致会导致组件成品的性能不一致。因此，要生产出质量一致的增材制造组件，制造商必须了解并优化材料的特性，例如金属粉末、聚合物粉末或其他材料（如陶瓷和聚合物树脂）。材料的哪些特性很重要？这取决于所采用的增材制造工艺和使用的材料类型。例如，在喷胶粘粉工艺和粉床熔融成型等金属粉床工艺中，材料的粒度和粒形是其关键特性，因为它们会影响粉末的流动和填充度。而在这些工艺中，材料的化学成分同样重要，尤其是金属粉末；粉末材料需满足指定的合金成分，这会直接影响成品的性能。晶体结构是金属粉末的另一个重要特性。因为在某些增材制造过程中，快速加热 - 冷却循环会引起物相变化并产生残余应力，进而影响组件的疲劳寿命等机械性能。另外，对于增材制造使用的聚合物材料，聚合结构（支化度、结晶度）可能会影响材料的液态和固态性能，包括粘度、模量以及热性能等。增材制造原材料表征方案在粉床熔融过程中，金属粉末层分布于制造平台上，被激光或电子束等选择性地熔化或熔融。熔化后平台将被降低，此过程将持续重复，直到制造完成。未熔融粉末将被去除，根据其状态重复使用或回收。因此，粉末层增材制造工艺的效率和成品组件的质量在很大程度上取决于粉末的流动行为和堆积密度。从新合金或聚合物开发到粉末回收，制造商必须在供应链的各个阶段对粉末性能进行表征。其中，激光衍射、自动图像分析、X 射线荧光和 X 射线衍射是用于表征增材制造粉末的四种常用关键分析技术。粒度分布及大小在粉床式增材制造工艺中，粒度分布会影响粉床的填充度和流动性，进而影响生产质量和最终组件的性能。为了测定增材制造使用的金属、陶瓷和聚合体粉末的粒度分布，全球粉末生产商、组件制造商以及机器制造商通常使用激光衍射技术来鉴定和优化粉末性能。使用激光粒度衍射仪Mastersizer 3000 系统或在生产线上使用在线Insitec 粒度测量系统，可在实验室环境中提供完整的高分辨率粒度分布结果。激光粒度仪Mastersizer 3000颗粒形状粒度和粒形直接影响粉床的致密度和粉末流动性。形状平滑规则的颗粒比表面粗糙、形状不规则的颗粒更容易流动和填充。增材制造商为保证所用颗粒具有规则形状，可使用 Morphologi 4 自动成像系统对金属、陶瓷和聚合物粉末的粒度和粒形进行分类和鉴定。该系统可将颗粒的长度、宽度等大小测量结果与圆度、凸曲度（粗糙度）等形状特征评估结果相结合，帮助制造商完成上述工作。Morphologi 4快速自动化粒度和粒形分析仪元素组成元素组成对于合金材料尤其重要，合金元素含量的微小变化都会影响其化学和物理性能，包括强度、硬度、疲劳寿命和耐化学性。为了检测这些变化以及污染物或夹杂物，并确定这些金属合金和陶瓷的元素成分，可使用 X 射线荧光 (XRF) 系统，比如 Zetium 和 Epsilon 等系统。而且，与其他技术相比，XRF 还能显著节省时间和成本。X射线荧光光谱仪Zetium台式能谱仪一体机Epsilon1微结构诸如物相成分、残余应力、晶粒大小和晶粒取向分布（织构）等微结构特性，也会影响成品组件的化学和机械性能。 为了分析这些微结构特性并控制成品组件的性能，制造商通常使用台式 X 射线衍射 (XRD) 系统分析金属的物相，比如 Aeris 系统。 如需获取有关材料在各种条件下的织构、晶粒尺寸和残余应力的更多信息，则可以使用多用途衍射仪，比如 Empyrean 衍射仪。 XRD 还广泛用于研究聚合物和陶瓷的结构和结晶度。 如要确定聚合物粉末的分子量和分子结构，则大多会使用凝胶渗透色谱 (GPC) 系统，比如 Omnisec 系统。台式X射线衍射仪Aeris马尔文帕纳科增材制造表征解决方案可用于： 确保始终如一的粉末供应防止产品质量波动 为采用不同撒布器或耙式设计的机器确定合适粉末 优化雾化条件以实现所需的粉末特性 预测并优化粉末堆积密度和流动特性 确保粉末具有正确的元素组成和相结构 确定制造组件的残余应力、应变和织构作者：马尔文帕纳科

1.元素形态 　　元素的形态是指某一元素以不同的同位素组成、不同的电子组态或价态以及不同的分子结构等存在的特定形式。元素形态又分为物理形态和化学形态，其中物理形态是指元素在样品中的物理状态如溶解态、胶体和颗粒状等 化学形态是指元素以某种离子或分子的形式存在，其中包括元素的价态、结合态、聚合态及其结构等。一般意义上所说的元素形态泛指化学形态，元素形态不同于元素价态，同一元素的相同价态可能有多种形态，如价态为五的砷元素，其元素形态可分为无机态和多种有机态的砷形态。不同元素的主要常见形态如表1所示： 表1 不同元素的主要常见形态 元素名称 元素形态 As 三价无机砷（As(III)），五价无机砷（As(V)），一甲基砷（MMA(V)）, 二甲基砷（DMA(V)）,砷甜菜碱（AsB）, 砷胆碱（AsC）,砷糖（AsS）等 Hg 无机汞（Hg（II））, 一甲基汞（MeHg（I）），二甲基汞（(Me)2Hg） Cr 三价铬（Cr（III））, 六价铬（Cr（VI）） Se 四价硒（Se（IV）），六价硒（Se(VI)），硒代胱氨酸(SeCys)，硒代蛋氨酸(SeMet)，硒多糖，硒多肽，硒蛋白等 Pb 二价铅（Pb（II））, 三甲基铅（TriML）, 四乙基铅（TetrEL）等 Sn 二丁基锡（DBT）, 三丁基锡（TBT）等 　　元素的不同存在形态决定了其在环境和生命过程中表现出不同的行为 不同的元素形态由于具有不同的物理化学性质和生物活性，在环境和生命科学领域发挥着不同的作用。元素总量或者浓度的相关信息已经不能满足环境和生命科学研究的需要，有时候甚至会给出一些错误的信息。 　　甲基汞的毒性要远高于无机汞，并且具有极强的生物亲和力，同时无机汞易于在生物体内富集并转化为甲基汞。人们首次认识到甲基汞的危害是在1955年，在日本的Minamata，因孕妇食用遭受甲基汞污染的鱼类，造成22名新生儿严重的脑损伤。在1971-1972年，伊拉克发生了大面积的甲基汞中毒事件，其原因在于当地人食用了经过甲基汞处理过的小麦做成的面粉。 　　Cr(III)是维持生物体内葡萄糖平衡以及脂肪蛋白质代谢的必需元素之一，而Cr(VI)却对生物体具有很大的毒性和致癌作用,原因在于其更强的氧化性和化学活性及迁移性 砷是一种有毒元素，但是不同形态砷的毒性却差别比较大，一般无机态砷毒性比较大，三价砷的毒性要大于五价砷 而有机态的砷中，甲基砷的毒性要强于其他的有机态砷，砷甜菜碱、砷胆碱和砷糖等则基本上没有毒性 对汞、锡和铅等重金属元素来说，有机态的化合物的毒性要远远高于无机态。作为人体必须的元素，铁仅仅是在二价时才能被生物体吸收和利用，食品中的总铁并不能代表可吸收利用的有效铁 硒是人体必需的元素，但是吸收过量时会导致硒中毒，不同形态硒的生物可利用性和毒性也差别较大 铝的毒性也和其形态密切相关，自由态的铝离子、水化羟基化合物Al(OH)2+和Al(OH)2+等是致毒形态，多核羟基铝也具有一定的毒性，而铝的氟配合物以及有机态配合物则基本无毒。 　　根据传统分析方法所提供的元素总量的信息已经不能对某一元素的毒性、生物效应以及对环境的影响做出科学的评价，为此，分析工作者必须提供元素的不同存在形态的相关信息。元素形态具有多样性、易变性、迁移性等不同于常规分析对象的特点，因此其分析方法也成为一个崭新的研究领域，即“元素形态分析”。 　　2.元素形态分析 　　元素形态分析是分析科学领域中一个极其重要的研究方向，IUPAC将其定义为定量测定样品中一个或多个化学形态的过程。Lobinski将其定义为确定某一元素在样品中不同化学形态分布的过程 Caroli指出，形态分析为识别和定量检测对人体健康和环境有危害的不同形态的无机分析物 Hieftje则将获得相关目标分析物原子的氧化态、键合特征、电荷态及原子缔合体的过程定义为形态分析 Welz则认为所谓元素形态分析是指测定特定条件下不同化合物的氧化态或可溶态的过程。曾有人根据Tessier连续萃取法将土壤中元素形态分为可交换态、碳酸盐结合态、铁-锰氧化物结合态、有机物结合态和残渣态等五种，但这并不是严格意义上的形态分析，这一萃取过程并不能提供涉及分子结构和电荷状态的元素形态的详细信息。 　　在20世纪70年代末至80年代初，Van Loon和Suzuki分别在权威期刊Anal. Chem.和Anal. Biochem.上发表了元素形态分析领域的开创性的工作，将广大的分析工作者的研究重点转移至元素形态分析技术的开发上来。经过二十多年的发展，元素形态分析已经成为分析科学领域的一个重要分支，随着这一技术的不断发展，已经为环境科学、生命科学、临床医学、营养学、毒理学、农业科学等领域提供了越来越多的有用信息。 　　3.元素形态分析的技术特点 　　元素形态分析技术主要由样品采集、样品制备、分离/富集、定性/定量、分析报告等五部分组成。在整个形态分析过程中，样品制备过程是形态分析的关键环节，需要注意保持待测元素形态，同时避免污染，这使得样品制备过程较常规总量分析更加复杂和困难。因此，对操作人员提出了更高的要求，同时延长了前处理时间。此外，由于元素的某一形态，仅仅是元素总量的一部分，甚至是极少的一部分，因此对分析方法的灵敏度提出了更高的要求，只有高灵敏的检测技术才能满足元素形态分析的要求。此外，用于元素形态分析的标准物质和标准参考物还需要倚赖进口，在一定程度上影响了形态分析技术的推广。 　　4.元素形态分析方法 　　由于一种元素存在几种甚至是几十种元素形态，因此分析方法已不同于传统的总量分析。在前处理方法上需要保持元素的现有形态，因此也不能沿用传统的酸消解方法 在测定方法上，形态分析也远不同于传统的总量分析，对方法的检出能力和稳定性提出了更高的要求。 　　早期的形态分析方法一般采用差减法进行测定，通过控制某些测量条件，实现总量和某些元素形态的测量，然后通过差减的方法得到其它元素形态的含量信息。如通过测量总砷和三价砷，二者相减即可得到五价砷的浓度 如通过四价硒和总硒的测量，即可测得六价硒的含量。差减法相对比较简单，整个分析过程对实验条件的要求不高，但是该方法仅仅适用于元素形态较少的条件，且操作较为繁琐。 　　元素形态分析的通用方法是先对元素的各种形态/组态进行有效分离，然后再进行检测。近年来，人们在追求元素形态分析方法的高灵敏度、高选择性的同时，也一直在致力于提高分析过程的效率，缩短分析过程的时间，力图实现整个分析过程的自动化。传统的元素形态分析方法将元素形态的分离与测定分别进行，使得操作过程变得比较繁琐，同时在操作过程中可能会造成样品的损失以及元素形态的变化，对最终的测定结果产生比较大的影响。联用技术将高效的分离技术与高灵敏的检测技术有机结合，元素形态经过分离后通过在线“接口”直接进入检测器进行检测，这样灵敏度、准确度和分析过程的效率都得到很大提高。　　5.HPLC-ICPMS联用 　　自1983年第一台商品仪器问世以来，ICP-MS经过近20多年的发展，已经成为各行业用于元素分析和同位素分析最有力工具，具有极低的检出限(10-15～10-12量级)和极宽的线性范围(8～9个数量级)以及极强的多元素快速检测能力。由于检测的是质量/电荷比(m/z)，不存在光谱分析中的光谱干扰问题，但存在同量异位素、多原子分子离子以及多电荷离子的干扰问题，如40Ar35Cl干扰75As、40Ar40Ar干扰80Se、36Ar18O干扰54Fe的测定。 　　HPLC-ICP-MS联用技术已经成为分析化学中最热门的研究领域之一，已经被认为是目前最有效和最有发展前景的形态分析技术，已经得到了较为广泛的应用。但是ICP-MS对色谱分离中所普遍使用的高盐组分和高含量有机组分，如甲醇、乙腈等承受能力有限，大大限制了其在与色谱联用中的应用。此外，ICP-MS昂贵的价格、对操作人员的较高要求以及极高的运行和维护成本限制了ICP-MS在元素形态分析领域的广泛应用。中国经济相对不发达的现状，决定了HPLC-ICP-MS不可能在中国进行普及和推广。 　　6.HPLC-VG-AFS联用 　　原子荧光光谱仪是具有中国特色的分析仪器，它具有分析灵敏度高、线性范围宽、仪器结构简单、成本低廉、易于维护、光谱干扰及化学干扰少等独特优点。对于As、Hg、Se、Pb等元素的特征谱线均处于原子荧光最佳的检测波长范围，在采用了高效的蒸气发生进样技术后，具有其他分析手段无可比拟的检出能力，可以获得与电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)相当的检出限和灵敏度。VG-AFS与色谱的联用技术的研究已经开展30多年，但由于缺乏理想的商品化仪器，一直没有太大的发展。随着近年来国内原子荧光技术的不断发展和完善，在各项性能上都得到了很大提高，已经具备了与色谱联用的条件。如果将原子荧光的高效检出能力与色谱的高效分离技术完美结合，就可以实现As、Hg、Se等元素的形态分析。 　　原子荧光采用的蒸气发生进样技术能够使待测组分与基体有效分离，因此具有极强的耐高盐组分和有机组分的能力，能够和任意的色谱分离条件相匹配。此外原子荧光还具有成本低廉和操作简单等优点，使得HPLC-VG-AFS联用技术应用于元素形态分析具有极大的发展前景，易于在各个行业推广和使用。 　　7.元素形态分析的必要性 　　砷作为常见的有毒有害元素，一直倍受人们关注。砷摄入过多可引起急性中毒，长期低剂量暴露可引起慢性砷中毒，诱发各种皮肤病并可导致肝肾功能受损，甚至导致癌症。砷的毒性与砷的赋存形态密切相关,不同形态的砷毒性相差甚远。在主要的砷化物中,亚砷酸盐和砷酸盐毒性大,而MMA和DMA毒性小, AsB和AsC则被认为没有毒性。亚砷酸盐、砷酸盐、MMA、DMA、AsB、AsC和AsS对实验小鼠的半数致死量(LD50)分别为14、20、700~1800、700~2600、10000、6500、8000mg/kg。GB 2762-2005《食品中污染物限量》中规定贝类及虾蟹类水产品(鲜重)的无机砷限量标准为0.5mg/Kg, 干重的限量标准为1 mg/Kg,。GB/T5009.11-2003提供了食品中总砷和无机砷的测量方法，为有毒的无机砷检测提供了技术手段。 　　近年来, 国内质检机构一直依据GB/T5009.11-2003来检测食品中的无机砷。继广西检出大量紫菜中无机砷超标以来, 国家工商局又报道了44.9%的紫菜、海带中无机砷超标,甚至引发了紫菜、海带能否安全食用的讨论。紫菜属海生植物型食品,其中砷主要是以AsS的形式存在,几乎不含无机砷。2004年在香港媒体上报道多次的鱼罐头事件，香港消费者委员会测试了市面上的48款吞拿鱼、沙甸鱼等鱼类罐头，发现当中的17种砷含量超标，引起规模超过5亿元的内地鱼罐头产业近年来一直不景气。 　　实际情况是，国内绝大多数海产品并未超标，只是目前的检测方法存在问题。我们以海带、紫菜类植物性海产品为例，加以详细说明。植物性海产品中,砷主要以砷糖(AsS)的形式存在，此外还含有少量的二甲基砷酸(DMA)。如果依照GB5009.11-2003的样品前处理方法，采用6mol/L的盐酸进行提取，则植物性海产品中的AsS会部分分解，转化为DMA，如图1所示。标准中所采用的原子荧光检测方法，是以蒸气发生化学反应作为基础的，其检测过程如下： 　　(1) 样品中的五价砷在进样前，首先被还原剂还原成三价无机砷 　　(2) 然后在进样后和KBH4反应，生成AsH3和H2 　　(3) AsH3经过气液分离后，在氩气和氢气的携带下，进入原子化器 　　(4) AsH3最终在Ar-H火焰中解离，生成砷原子。 　　(5) 砷原子受到特征谱线的辐照，其外层电子受到激发，跃迁至较高能级，在其返回至基态时，发出共振荧光 　　(6) 共振荧光被检测器所接收，经过前置放大后，转化为电信号，输出至控制软件中，进行定量计算。 　　由于DMA也会和KBH4反应，生成气态的As(CH3)2H, 而As(CH3)2H也会在Ar-H火焰中解离，生成砷原子，所以GB5009.11-2003的样品前处理方法造成的AsS分解所产生的DMA以及样品中原有的DMA均会被以无机砷的形式检出，得到“假阳性”的分析结果。因此，检出的大规模海带、紫菜中无机砷超标的结果是错误的，究其原因，主要在于其前处理方法使得以无毒有机砷存在的AsS被当成无机砷被检出。 　　对于GB5009.11-2003的标准方法，存在两个问题： 　　(1)样品前处理问题 　　6mol/L的盐酸使得紫菜、海带类样品中的AsS部分分解，其方法值得商榷。 　　(2) 检测方法的问题 　　由于采用蒸气发生-原子荧光检测方法，样品中的有机砷，如DMA和MMA也会生成氢化物，被误认为是无机砷被检出。因此，该方法对无机砷检测而言，不是特异性检测方法，部分有机砷形态也会同时干扰测量，造成结果偏高的现象。 　　因此，针对上述两个问题，只能采用高效液相色谱-原子荧光联用的方式加以解决，将所测量的砷形态经过色谱分离后，再检测，就不会存在上述问题。 　　北京金索坤公司生产的形态分析原子荧光光谱仪，是金索坤公司多年技术研究成果，专门针对元素形态分析需求设计的高端产品，内置了在线消解装置，配备了液相泵，并采用索坤的连续进样技术和液相泵无缝对接，实现对柱后流出液实时监测，连续采集数据，大大提高了形态分析原子荧光光谱仪的准确度。 　　不仅是形态分析原子荧光光谱仪，北京金索坤公司的SK系列原子荧光光谱仪还有预留联用接口，可与任何型号的液相色谱仪无缝对接，进行形态分析，更是以其卓越的稳定性和可以检测多种元素深受广大用户的青睐，索坤公司成功研制出新一代的原子荧光，其在保持了传统原子荧光设备的技术优点外，更具备了三大主要特点： 　　▲超高重复性指标 　　▲多达18种的测试元素 　　▲简便快捷的操作 　　实现以上三大特点，归功于2大核心技术彻底由理论化为生产，两大核心技术： 　　2010年11月通告的发明专利《连续流动进样氢化物发生系统》(专利号：ZL.200610113008.4) 　　《小火焰法原子化技术在无色散原子荧光上的应用》(专利号：03134241.8) 　　索坤公司经过了无数次的试验和研发改进，以及配套的十多个实用新型专利，才得以将原子荧光技术-中国为数不多的具有自主知识产权的分析仪器-更新换代，且填补了国际空白，为国家的仪器发展事业增砖添瓦! 　　应用了换代技术的产品性能，重复性将比现在的优越一倍，具体的数据正在提交权威机构检测中。索坤公司的新世代原子荧光光谱仪，分为三大产品系列： 　　▲企业系列---为企业量身定做，超高性价比： 　　SK-830 │SK-2003A │SK-2003AZ 　　▲质检系列---更多的可检测元素及强大功能： 　　SK-盛析│SK-锐析│SK-2002B│SK-2003│SK-2003AZ 　　▲科研系列---全面的重金属检测及形态分析： 　　SK-博析│ SK-典越

不管是资源利用还是污染控制，摸清家底都是基础且必须的工作。近日，北京师范大学教授田贺忠团队基于多源数据融合，评估了“大气十条”（《大气污染防治行动计划》）实施期间，不同排放控制措施对各部门有毒有害痕量元素大气排放变化的驱动。并利用大气传输模型及暴露风险评价模型，量化分析了典型行业（燃煤、冶金等）排放变化对有毒有害痕量元素大气暴露浓度及健康风险的影响。5月1日，相关论文在《一个地球》在线发表。痕量元素大气传输及暴露风险示意。受访者供图痕量元素关乎健康国际癌症研究机构（IARC）曾将砷、镍、镉、六价铬、铅、钴、锑及其化合物认定为致癌物质。这些重金属元素在大气中含量极少，但具有毒性、累积性和致癌性的特点，长期暴露在较高浓度有害痕量元素大气环境中，会对人体呼吸系统、心血管系统等构成严重威胁。2013年9月，国务院印发《大气污染防治行动计划》，多措并举展开大气污染防治。从重点行业整改关停，到全面整治小锅炉、控制机动车保有量、治理餐饮污染，再到大力发展清洁新能源。一系列举措很快显现成效，我国重点区域空气质量明显好转，重污染天气大幅度减少。2017年，第一次全国污染源普查对减排效果有了整体了解，但这些减排措施如何影响我国大气中有害痕量元素排放、其暴露浓度水平及相关健康风险仍不清楚。“‘大气十条’中的治理措施和围绕该措施进行的普查主要针对颗粒物、二氧化硫和氮氧化物等常规大气污染物，实际上我们还应该关注其中对人体健康危害较大的有毒有害微量元素，比如砷、铅、镉等。”田贺忠告诉《中国科学报》，“这项研究基于多源数据融合，建立了中国有毒有害痕量元素网格化大气排放清单模型，评估了不同排放控制措施对各部门、各省区有毒有害痕量元素排放变化的驱动，并利用大气传输模型及暴露风险评价模型，量化分析研究了典型行业排放变化对有害痕量元素暴露浓度及健康风险的影响。”“协同减排”效益明显“总体来讲，‘大气十条’实施期间有毒有害痕量元素的排放减少成效明显，但其风险依然值得关注。”田贺忠说。通过调查研究全国燃煤电厂、黑色金属冶炼、有色金属冶炼、水泥生产、垃圾焚烧电厂等典型工业排放源的点源排放量及各省煤炭消耗量和装机容量空间分布，研究人员发现，中国五大城市群（华北平原、长三角、珠三角、川—渝和汾渭平原）有害痕量元素排放量占全国总排放量的42%；五大城市群以外，湖南、内蒙古、云南、辽宁及河南省也是有害痕量元素排放量较高省份；“大气十条”期间，全国11种有害痕量元素年均暴露浓度约减少28.1%。其中，燃煤部门的排放削减对钴、砷、硒、铬和锌浓度减少的驱动最显著，贡献在50%以上；而黑色金属冶炼部门的排放变化则主导了镉和铅浓度的降低。“尽管如此，2017年中国有毒有害痕量元素污染依然严重。较高的痕量元素浓度主要集中在中国东部、华北和西南部分地区。”该论文第一作者、海南大学南海海洋资源利用国家重点实验室副研究员刘姝涵（北师大环境学院博士）说，“此外，六价铬的全国年均浓度比国家空气质量标准高出15倍，其中最大值出现在山东省。砷、镍元素浓度在山东省和上海市略高于标准限值。”研究发现，“大气十条”期间，7种致癌元素的全国年均致癌风险下降了约39.5%。其中钴、六价铬和砷元素下降幅度最大。然而，2017年，有害痕量元素年均致癌风险值仍超过阈值，较高致癌风险主要出现在中国东部。山东和上海砷和镍元素致癌风险分别达风险阈值的9倍和1.6倍。情景分析表明，2012年至2017年，燃煤部门排放变化主导了致癌风险降低，带来了1.5×10-6 致癌风险的下降。黑色金属冶炼和有色金属冶炼部门排放变化分别带来了0.8×10-6和0.3×10-6 致癌风险的下降。“‘大气十条’主要针对PM2.5等常规污染物展开，但对有害痕量元素起到了很好的‘协同减排效益’。”田贺忠解释说，“燃煤电厂超低排放改造等重点工业行业的除尘、脱硫、脱硝工艺升级改造同时减少了有害痕量元素排放。”多源数据融合显威力“‘大气十条’的施行，不但减排效果显著，还推动了各行业部门相关信息的公开，这为我们进行定量研究提供了很多基础数据。此外，地理信息技术、数字化和人工智能技术的发展，也让我们使用‘多源数据融合’，进行更精细的‘点源化’研究成为可能。”田贺忠说。进行污染物调查研究，过去的数据来源单一，通常统计年鉴等宏观数据不显示排放源的具体位置。近年来，随着各行业信息公开化程度不断提高，各省、区，各行业、企业，甚至一些协会、组织也会从不同的角度披露一些重点排放源的信息和数据。这些数据虽然源自不同部门，服务于不同对象，甚至数据侧重点、统计方法、呈现方式各不相同，但经过数据清洗和技术处理，这些不同来源的数据却可以相互补充验证。“比如，各省的统计年鉴和月度统计公报中有每年和每月水泥产量数据，我们会结合当地的经济数据，结合水、煤、电量等相关数据信息，排污许可证允许排量等，通过多渠道分析研究，弄清它的排放量。”田贺忠补充说，“了解一家企业使用什么生产工艺装备，掌握它的除尘、脱硫、脱硝技术路径，知道它消耗了多少煤和原材料等信息，就可以建立一套技术方法去核算它排放多少砷、铅、镉等元素，这就是‘多源数据融合’。”利用这些数据，研究人员将我国主要燃煤电厂、黑色冶炼、有色冶炼、水泥生产、垃圾焚烧等重点工业源进行精确经纬度定位，利用各种直接和间接的数据，结合当地GDP、人口、土地利用、交通流等数据，再通过实地调研和现场实测等抽样验证，利用数理统计分析方法精确核算出趋近实际的排放量，并将其精准定位在网格上。“重金属成分的健康风险是精细控制空气污染的先决条件。”该论文匿名审稿人评价说，“本文的创新贡献在于提供了最新的排放清单和健康风险估计。该研究基于对具体措施的效益评估，为减缓有毒有害痕量元素污染和相关健康风险提供了关键见解。为中国实施清洁空气和低碳政策下精准控制有毒痕量元素提供了科学依据，也为其他国家和地区量化痕量元素排放提供了参考。”