此前，嫦娥五號返回攜帶的月壤樣品引起了廣大科研人員的廣泛關(guān)注。中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所李金華研究員團隊對嫦娥五號（CE-5）月壤樣品中微米級顆粒中的鈦鐵礦開展了深入細致的原位微區(qū)分析，提出了一種無損快速鑒定和定量分析的全新表征方案（圖1）。相關(guān)成果發(fā)表在國際光譜學(xué)專業(yè)期刊《Atomic Spectroscopy》“Microanalytical Techniques for Extraterrestrial Samples (Part II)” 專輯（Atomic Spectroscopy,2022,43,284−291.https://doi.org/10.46770/AS.2022.029）。
圖1月壤顆粒中的鈦鐵礦的無損表征方案
圖2 微區(qū)XRF對CE-5月球土壤樣品中P15和P17顆粒的元素分布表征。P15 (a)和P17 (b)粒子的多元素圖(藍色- Ti和黃色=Fe)。相應(yīng)鈦鐵礦顆粒的立體顯微照片顯示在右上角。(c)鈦鐵礦顆粒的歸一化uXRF光譜(P15，黑色;P17,紅色)。
鈦鐵礦(FeTiO3)是月球巖漿早期結(jié)晶產(chǎn)物，是月海玄武巖中含量豐富的氧化物礦物, 也是主要的含鈦礦物。作為是一種重要的月球資源，它不但能夠用于氦氣和氧氣的產(chǎn)生，也可以作為鐵、鈦和氧的主要來源， 為未來月球基地的建立提供保障。不同于早期阿波羅號采集的月壤樣品，嫦娥五號月壤樣品來自月球風(fēng)暴洋東北部，屬于人類從未“踏足”的中緯度地區(qū)，根據(jù)已有研究報道其含有較低含量的Ti。因此，從月海玄武巖中鑒定和定量鈦鐵礦對于更好地了解月球地質(zhì)過程和開發(fā)月球資源至關(guān)重要。
在該研究中作者首先通過使用布魯克微區(qū)XRF M4 TORNADO Plus對樣品陣列進行無損快速掃描分析，獲得所有顆粒的化學(xué)元素及其分布圖像。結(jié)合M4基本參數(shù)法獲得的半定量分析結(jié)果，挑選出兩個代表性的含鈦顆粒（P15和P17）， 如圖2所示。
作者還將含鈦顆粒微區(qū)XRF半定量結(jié)果與3D XRM分析結(jié)果進行了對比，兩種方法獲得的鈦鐵礦含量結(jié)果相近，有著很好的一致性（表1）。
表1 P15和P17鈦鐵礦顆粒M4 TORNADO 半定量分析結(jié)果
綜上， 微區(qū)XRF在諸如月壤等珍貴地質(zhì)樣品的成分分析中，其強大的面掃描功能能夠在無損、樣品無制備的情況下，快速獲得顆粒樣品中各元素的分布情況并且能夠給出準(zhǔn)確可靠的定量、半定量結(jié)果， 為樣品后續(xù)的分析奠定重要基礎(chǔ)。
[主要參考文獻]
1.K. D. Burgess and R. M. Stroud, Geochim. Cosmochim. Acta, 2018, 224, 64−79. https://doi.org/10.1016/j.gca.2017.12.023
2.Q.-L. Li, Q. Zhou, Y. Liu, Z. Y. Xiao, Y. T. Lin, J.-H. Li, H.-X. Ma, G.-Q. Tang, S. Guo, X. Tang, J.-Y. Yuan, J. Li, F.-Y. Wu, Z. Y. Ouyang, C. L. Li, and X.-H. Li, Nature, 2021, 600, 54−58. https://doi.org/10.1038/s41586-021-04100-2
3.L. X. Gu, Y. J. Chen, Y. C. Xu, X. Tang, Y. T. Lin, T. Noguchi, and J. H. Li, Geophys. Res. Lett., 2022, 49, e2022GL097875. https://doi.org/10.1029/2022GL097875
4.C. L. Li, H. Hu, M. F. Yang, Z. Y. Pei, Q. Zhou, X. Ren, B. Liu, D. W. Liu, X. G. Zeng, G. L. Zhang, H. B. Zhang, J. J. Liu, Q. Wang, X. J. Deng, C. J. Xiao, Y. G. Yao, D. S. Xue, W. Zuo, Y. Su, W. B. Wen, and Z. Y. Ouyang, Natl. Sci. Rev., 2022, 9, nwab188. https://doi.org/10.1093/nsr/nwab188
5.J.-H. Li, Q.-L. Li, L. Zhao, J.-H. Zhang, X. Tang, L.-X. Gu, Q. Guo, H.-X. Ma, Q. Zhou, and Y. Liu, Geosci. Front., 2022, 13, 101367. https://doi.org/10.1016/j.gsf.2022.101367
[原文]
C. Q. Zhang and J.-H. Li, Non-destructive identification and quantification of ilmenite from a single particle of the CE-5 lunar soil sample, Atomic Spectroscopy, 2022, 43, 284−291. https://doi.org/10.46770/AS.2022.029
微區(qū)X射線熒光光譜儀
M4 TORNADO 是使用小光斑微區(qū) X 射線熒光進行樣品表征的設(shè)備。其測量結(jié)果能夠提供樣品的相關(guān)成分和元素分布的信息，甚至樣品表面下元素分布信息。Bruker微區(qū)X射線光譜儀經(jīng)過優(yōu)化，可對任何類型的樣品的點、線和二維區(qū)域掃描（Mapping）進行高速分析; 樣品類型可為固態(tài)，液態(tài)，顆粒等。M4 TORNADO 整合了一套強大分析功能，可在微米尺度內(nèi)對樣品的元素分布情況定性以及定量分析。
