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揭開(kāi)月球的神秘面紗 離不開(kāi)儀器儀表的幫助
2021-05-27
5月26日晚上，超級(jí)月亮恰逢月全食，一輪紅色的圓月點(diǎn)亮夏夜星空。如果沒(méi)有月亮，對(duì)地球最直接的影響就是潮汐現(xiàn)象的減弱。月亮與潮汐對(duì)地球的影響還不止于此，它們還是地球磁場(chǎng)的“守護(hù)者”。如果沒(méi)有月亮，地球磁場(chǎng)會(huì)大大減弱甚至消失，太陽(yáng)風(fēng)將“吹散”地球大氣，高能輻射也將直撲地表，生命將面臨滅頂之災(zāi)。
古往今來(lái)，我國(guó)對(duì)月球的探索從未停止。國(guó)家天文臺(tái)已建成月球樣品實(shí)驗(yàn)室，用來(lái)研究月壤，那么，哪些科學(xué)儀器儀表將擔(dān)起分析月壤的重任呢？
拉曼光譜儀——礦物鑒定小助手
對(duì)于地質(zhì)樣品來(lái)說(shuō)，每一種礦物都有特定的拉曼光譜，它們的波峰很窄且不重疊，這樣就利于土壤或巖石樣品的礦物鑒定。通過(guò)測(cè)定巖石和土壤的拉曼光譜，可以準(zhǔn)確地鑒定其中的主要礦物、次要礦物及微量礦物，確定它們的組份比例。
月巖和月壤中的主要礦物為長(zhǎng)石、輝石和橄欖石。這些礦物的拉曼光譜波峰狹窄且不重疊,適合于月巖和月壤的礦物組合分析。拉曼光譜儀可以探測(cè)巖石樣品中的長(zhǎng)石礦物,結(jié)合其所占的比例,進(jìn)而估算長(zhǎng)石的組成含量,這是其他譜儀所不能做到的。該儀器還可以測(cè)試巖石和土壤中水的含量和各種含水礦物,這對(duì)尋找月球水資源起到了關(guān)鍵的作用。激光拉曼光譜儀的特點(diǎn)是對(duì)樣品處理要求很低、不破壞樣品、不影響其他探測(cè)技術(shù)的測(cè)試結(jié)果。現(xiàn)代激光技術(shù)的發(fā)展,完全可以制造一個(gè)小形、輕量、低能耗的激光拉曼光譜儀,安裝在月球車(chē)上開(kāi)展月球表面巖石和土壤的勘探工作。
電感耦合等離子體質(zhì)譜儀——無(wú)損分析
由于月壤樣品獲取困難，分析月壤首先考慮的是無(wú)損分析方法，例如利用顯微鏡觀察月壤顆粒的表面形態(tài)特征，利用光譜分析儀器、X射線(xiàn)分析儀器等對(duì)月壤中的礦物和化學(xué)組成進(jìn)行定性和定量分析。此外還需要進(jìn)行一些有損的化學(xué)成分分析，此時(shí)需要考慮盡量以更少的樣品用量獲得更多的有用信息。激光剝蝕電感耦合等離子體質(zhì)譜技術(shù)、顯微激光拉曼光譜、納米離子探針技術(shù)等微量分析技術(shù)就是很好的選擇。
與傳統(tǒng)無(wú)機(jī)分析技術(shù)相比，ICP-MS技術(shù)提供了檢出限、最寬的可測(cè)濃度范圍，具有干擾最少、分析精密度高、分析速度快以及可進(jìn)行多元素同時(shí)測(cè)定等分析特性。該技術(shù)在礦物研究方面的應(yīng)用有：礦物稀土、稀散以及痕量、超痕量元素分析；鉑族元素分析；溴、碘等非金屬元素的分析；同位素比值分析；激光剝蝕固體微區(qū)分析等。
電子探針、掃描電鏡
掃描電子顯微鏡是用細(xì)聚焦的高能電子束轟擊試樣表面，通過(guò)電子與試樣相互作用產(chǎn)生的二次電子，背閃射電子信息可對(duì)月壤中礦物質(zhì)進(jìn)行形貌觀察。
電子探針可以對(duì)試樣中微小區(qū)域(微米級(jí))的化學(xué)組成進(jìn)行定性或定量分析。可以進(jìn)行點(diǎn)、線(xiàn)掃描(得到層成分分布信息)、面掃描分析(得到成分面分布圖像)。還能全自動(dòng)進(jìn)行批量(預(yù)置9999測(cè)試點(diǎn))定量分析。由于電子探針技術(shù)具有操作迅速簡(jiǎn)便(相對(duì)復(fù)雜的化學(xué)分析方法而言)、實(shí)驗(yàn)結(jié)果的解釋直截了當(dāng)、分析過(guò)程不損壞樣品、測(cè)量準(zhǔn)確度較高等優(yōu)點(diǎn)，故在冶金、地質(zhì)、電子材料、生物、醫(yī)學(xué)、考古以及其它領(lǐng)域中得到日益廣泛地應(yīng)用，是礦物測(cè)試分析和樣品成分分析的重要工具。
結(jié)語(yǔ)
在太空探測(cè)領(lǐng)域，中國(guó)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了較低的成本與豐碩的成果之間的平衡。中國(guó)探月的總投入并不大，但卻是第三個(gè)實(shí)現(xiàn)月球軟著陸的國(guó)家，成績(jī)令人矚目。對(duì)整個(gè)國(guó)產(chǎn)儀器行業(yè)來(lái)說(shuō)，就是將國(guó)家的科研投入集中在幾個(gè)大型儀器企業(yè)，培養(yǎng)力量。打破了進(jìn)口儀器的壟斷，中小儀器企業(yè)也會(huì)得到更多生存的空間。對(duì)儀器企業(yè)來(lái)說(shuō)，就是將投入集中在關(guān)鍵技術(shù)上，先實(shí)現(xiàn)一方面的技術(shù)突破，形成自身的特色，提升市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。
資金投入是儀器研發(fā)的前提，資金投入越多的確越可能出現(xiàn)好成績(jī)，但并不代表資金不足就沒(méi)有產(chǎn)出。國(guó)產(chǎn)儀器行業(yè)面臨的資金壓力很大，如何在這種情況下實(shí)現(xiàn)突破，是國(guó)家與整個(gè)行業(yè)都需要思考的問(wèn)題。在探月工程中我們已經(jīng)取得了成功，在儀器行業(yè)我們同樣也可以。
古往今來(lái)，我國(guó)對(duì)月球的探索從未停止。國(guó)家天文臺(tái)已建成月球樣品實(shí)驗(yàn)室，用來(lái)研究月壤，那么，哪些科學(xué)儀器儀表將擔(dān)起分析月壤的重任呢？
拉曼光譜儀——礦物鑒定小助手
對(duì)于地質(zhì)樣品來(lái)說(shuō)，每一種礦物都有特定的拉曼光譜，它們的波峰很窄且不重疊，這樣就利于土壤或巖石樣品的礦物鑒定。通過(guò)測(cè)定巖石和土壤的拉曼光譜，可以準(zhǔn)確地鑒定其中的主要礦物、次要礦物及微量礦物，確定它們的組份比例。
月巖和月壤中的主要礦物為長(zhǎng)石、輝石和橄欖石。這些礦物的拉曼光譜波峰狹窄且不重疊,適合于月巖和月壤的礦物組合分析。拉曼光譜儀可以探測(cè)巖石樣品中的長(zhǎng)石礦物,結(jié)合其所占的比例,進(jìn)而估算長(zhǎng)石的組成含量,這是其他譜儀所不能做到的。該儀器還可以測(cè)試巖石和土壤中水的含量和各種含水礦物,這對(duì)尋找月球水資源起到了關(guān)鍵的作用。激光拉曼光譜儀的特點(diǎn)是對(duì)樣品處理要求很低、不破壞樣品、不影響其他探測(cè)技術(shù)的測(cè)試結(jié)果。現(xiàn)代激光技術(shù)的發(fā)展,完全可以制造一個(gè)小形、輕量、低能耗的激光拉曼光譜儀,安裝在月球車(chē)上開(kāi)展月球表面巖石和土壤的勘探工作。
電感耦合等離子體質(zhì)譜儀——無(wú)損分析
由于月壤樣品獲取困難，分析月壤首先考慮的是無(wú)損分析方法，例如利用顯微鏡觀察月壤顆粒的表面形態(tài)特征，利用光譜分析儀器、X射線(xiàn)分析儀器等對(duì)月壤中的礦物和化學(xué)組成進(jìn)行定性和定量分析。此外還需要進(jìn)行一些有損的化學(xué)成分分析，此時(shí)需要考慮盡量以更少的樣品用量獲得更多的有用信息。激光剝蝕電感耦合等離子體質(zhì)譜技術(shù)、顯微激光拉曼光譜、納米離子探針技術(shù)等微量分析技術(shù)就是很好的選擇。
與傳統(tǒng)無(wú)機(jī)分析技術(shù)相比，ICP-MS技術(shù)提供了檢出限、最寬的可測(cè)濃度范圍，具有干擾最少、分析精密度高、分析速度快以及可進(jìn)行多元素同時(shí)測(cè)定等分析特性。該技術(shù)在礦物研究方面的應(yīng)用有：礦物稀土、稀散以及痕量、超痕量元素分析；鉑族元素分析；溴、碘等非金屬元素的分析；同位素比值分析；激光剝蝕固體微區(qū)分析等。
電子探針、掃描電鏡
掃描電子顯微鏡是用細(xì)聚焦的高能電子束轟擊試樣表面，通過(guò)電子與試樣相互作用產(chǎn)生的二次電子，背閃射電子信息可對(duì)月壤中礦物質(zhì)進(jìn)行形貌觀察。
電子探針可以對(duì)試樣中微小區(qū)域(微米級(jí))的化學(xué)組成進(jìn)行定性或定量分析。可以進(jìn)行點(diǎn)、線(xiàn)掃描(得到層成分分布信息)、面掃描分析(得到成分面分布圖像)。還能全自動(dòng)進(jìn)行批量(預(yù)置9999測(cè)試點(diǎn))定量分析。由于電子探針技術(shù)具有操作迅速簡(jiǎn)便(相對(duì)復(fù)雜的化學(xué)分析方法而言)、實(shí)驗(yàn)結(jié)果的解釋直截了當(dāng)、分析過(guò)程不損壞樣品、測(cè)量準(zhǔn)確度較高等優(yōu)點(diǎn)，故在冶金、地質(zhì)、電子材料、生物、醫(yī)學(xué)、考古以及其它領(lǐng)域中得到日益廣泛地應(yīng)用，是礦物測(cè)試分析和樣品成分分析的重要工具。
結(jié)語(yǔ)
在太空探測(cè)領(lǐng)域，中國(guó)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了較低的成本與豐碩的成果之間的平衡。中國(guó)探月的總投入并不大，但卻是第三個(gè)實(shí)現(xiàn)月球軟著陸的國(guó)家，成績(jī)令人矚目。對(duì)整個(gè)國(guó)產(chǎn)儀器行業(yè)來(lái)說(shuō)，就是將國(guó)家的科研投入集中在幾個(gè)大型儀器企業(yè)，培養(yǎng)力量。打破了進(jìn)口儀器的壟斷，中小儀器企業(yè)也會(huì)得到更多生存的空間。對(duì)儀器企業(yè)來(lái)說(shuō)，就是將投入集中在關(guān)鍵技術(shù)上，先實(shí)現(xiàn)一方面的技術(shù)突破，形成自身的特色，提升市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。
資金投入是儀器研發(fā)的前提，資金投入越多的確越可能出現(xiàn)好成績(jī)，但并不代表資金不足就沒(méi)有產(chǎn)出。國(guó)產(chǎn)儀器行業(yè)面臨的資金壓力很大，如何在這種情況下實(shí)現(xiàn)突破，是國(guó)家與整個(gè)行業(yè)都需要思考的問(wèn)題。在探月工程中我們已經(jīng)取得了成功，在儀器行業(yè)我們同樣也可以。
（文章來(lái)源：儀表網(wǎng)）
TAGS : 儀表
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