摘要：质子探针是一项较为先进的样品微区检测分析应用技术，对于地质科学在微观领域的研究有着十分重要的意义。本文将从质子探针在地质样本检测分析工作中实际应用的角度展开研究和探索。
关键词：质子探针；地质；样品分析
相比传统的激光显微光谱、离子探针以及电子探针等微区域检测分析方式，质子探针在地质样本检测分析中具有更高的优势。
1、质子探针的概念
1.1质子探针的内涵
对多元素地质样品表面在微米计算范围内进行扫描检测的微区分析是地质研究的重要方式，因此对于地质科学中一些细小物质成分就需要使用质子探针来完成检测工作。质子探针对于分析地质样本中各种化学元素的构成、分布、存在状态，生物样本中一些细胞组织的化学成分富集区域，微电路中需要检测的缺陷部分，电子科学中半导体离子层分布等方面都有着重要的意义[1]。
1.2测定微区化学元素的其他实验方式
当前许多需要进行微区域化学元素构成检测的实验都普遍使用激光显微光谱、电子探针、离子探针等技术，但是这些检测手段都具有一定程度的缺点。例如使用激光显微光谱进行微区域检测分析时，会对检测样本造成破坏，对检测的微区域面积要求较大，灵敏程度经常无法达到检测需要的标准，准确程度也无法满足进行定量分析的程度。离子探针在检测过程中虽然需要的微区域面积不高，同时可以对一些轻元素进行检测分析，应用范围比激光显微光谱要广，但是这种微区域检测方式的准确性较低，通常只在一些定性分析中使用。电子探针是当前实用性较为优秀的一种检测手段，可以在不破坏样本表面的情况下进行定量分析，检测面积可以压缩在1微米。但是电子探针也有自身的不足之处，首先电子探针不能对轻元素进行检测分析，其次这种检测方法的灵敏度较低通常只能维持在100ppm[2]。质子探针与其他检测方式的对比如表1所示。
表1 质子探针数据与其它方法相比较
2、质子探针的地质分析应用
当前许多国家都致力于研究和完善质子探针在地质科学中的实际应用技术，在过去的地质微区域测定工作中电子探针是通过聚焦形成的电子束对样本表面进行轰击，进而使样本的原子电离，同时地质样品元素的核外电子会在跃迁时释放X射线，通过能量色散或者是波长色散效果后，会显示出X射线的光谱数据，针对其波长的强度以及所含能量多少可以实现对多种元素进行检测。而在质子探针检测时，选择的并非电子束而是使用聚焦的质子束对检测样本进行轰击，这种质子束大小可以达到微米级别，在轰击地质样本后同样可以刺激样本元素产生X射线，因此可以完成对多种元素同时进行微区域检测[3]。
由于质子的质量较高，轰击速度也就相对较快，在实验过程中会产生更多的能量。这一点是电子探针、离子探针等检测手段无法相比的。当质子束轰击地质样本产生元素原子电离时所激发的质子感应X射线，其灵敏度非常高，通常是电子探针检测时要多出两到三个数量级。同时使用质子探针能够将检测极限控制到1ppm，还可以实现对轻元素进行检测。当前对于轻元素的检测质子探针还不能像其他元素检测那样拥有较高的灵敏度。但通过不断的研究和创新，当质子束的能量提升到一定程度时，针对轻元素的微区域检测也能够拥有非常高的灵敏度。
质子探针技术在分辨能力上还需要进一步的研究，当前质子探针的分辨率可以控制在几微米，但这一点与电子探针等不同，质子探针的分辨率还有很大的提升空间。这主要是由于质子探针受高能加速设备以及现阶段光学仪器所制约，因此在检测过程中出现质子束散射现象[4]。
此外由于质子探针可以对Z＞10以及所有轻元素进行检测，同时质子探针可以在不破坏地质样品表面的情况下进行检测，所以可以通过质子探针完成一些样本薄层检测分析。
从检测方式上来讲，质子探针与电子探针的仪器设备功能大体一致，通过使用高能加速设备将质子源进行聚焦。加速设备上安装有四磁性四极结构的棱镜装置，通过棱镜装置将质子束折射到地质样本上，同时质子束可以向电子显微镜一样，在地质样本的表面进行扫描。再使用X射线检测设备对样本中的X射线进行检测分析。分析的结果会通过计算机进行处理显示出来，进行展示或者存储。
3、质子探针在地质样本检测分析中的成果
当前在地质样品检测分析中，质子探针技术主要获得了以下几个方面的研究成果。首先，质子探针在磁铁以及其他金属等矿物质的微区域检测分析实验中能够有效的获得元素的排列构成情况。对微米等级地质科学研究分析领域有着重要作用，为地质科学中矿物质学、选矿学以及其他地质研究中提高较为准确的样本微区域元素构成数据。同时也对金赋存状态的相关研究提供了有力数据。例如图1为在黄铁矿的检测分析中通过质子探针进行微区域检测的数据结果分析。
图1 黄铁矿中微区域检测的数据结果
其次，质子探针对于流体包裹体样本的微区域检测分析也有着重要贡献。对包裹体样本进行非破坏的微区域检测分析是当前地质研究中较为重要的课题之一。包裹体内的物质质量通常只有10-10g，因此需要十分准确的检测分析手段才能够获得地质研究所需的数据。通过质子探针可以对包裹体样本进行有效检测，这是我国地质研究中对包裹体物质研究的重要突破。最后，质子探针能够实现对地质样本进行厚靶定量检测。在地质科学研究中，进行样本微区域检测就需要厚靶定量检测分析。因此完善和发展质子探针的厚靶定量检测分析也成为当前研究质子探针地质样本检测技术的重要方向。如图2为某地区金矿中黄铜矿的检测结果。
图2 金矿中黄铜矿微区域检测的数据结果
4、结束语
综上所述，质子探针在地质科学研究中有着十分重要的作用。通过质子探针对矿物质以及其他地质微小物质进行微区域上的检测分析，更够更准确的获得样本元素分布构成数据。相比其他微区域检测分析方法，质子探针技术具有无可比拟的优势。但同时质子探针技术还需要进一步的研究和发展，这就需要我们付出更多的努力不断完善质子探针技术。
参考文献：
[1]马光祖，张建军，戴中宁，等.质子探针在地质样品分析中的应用[C].中国分析测试协会科学技术奖发展回顾.
[2]黄德志，戴塔根，胡斌，等.张八岭构造带两种类型金矿次显微金赋存状态的质子探针分析[J].地质地球化学，2002，30（3）：19-26.
论文作者:张世友
论文发表刊物:《基层建设》2019年第14期
论文发表时间:2019/7/26
标签：质子论文; 探针论文; 地质论文; 样本论文; 区域论文; 轻元素论文; 样品论文; 《基层建设》2019年第14期论文;