【摘要】 本文解析EPMA在含铵硅酸盐氮分析中的关键技术突破，包括谱线干扰校正、背景建模优化及亚微米级定量图谱方法，实现0.02wt%检测限的氮元素微区分布测定。

氮元素不仅是地球大气的主要组分，更是生物地球化学循环的关键参与者。近年来研究发现，硅酸盐矿物中的氮结合态可能成为行星氮储库的重要组成部分。由于地壳硅酸盐中氮的低扩散特性，其含量常呈现微观尺度的非均质性，这种分布特征可有效记录矿物形成时的动力学与热力学条件。因此，开发能够精确测定微米尺度低浓度氮的分析技术至关重要。

在固体材料氮分析领域，电子探针微量分析（EPMA）相较于二次离子质谱（SIMS）和激光烧蚀质谱（LA-ICPMS），虽检测限稍高，但具备更优的空间分辨率（亚微米级），且避免了基质匹配和质量干扰问题。William Nachlas团队¹创新性地将该技术应用于含铵硅酸盐体系，研究对象涵盖托白石、水铵长石、氨橄榄石及透明石等岩石圈主要含氮矿物。

 

技术难点突破：​

1.峰干扰解决方案

图1 （A）使用PC1衍射晶体在含铵硅酸盐矿物中N位置的波长色散光谱扫描显示，不同样品之间峰的形状和位置略有不同。（B）高阶TiLl线对N K-alpha位置的干扰必须使用非峰重叠修正。

如图1所示，N Kα谱线（波长3.160Å）与高阶Ti Ll谱线（波长3.148Å）能量高度重叠。研究采用非峰重叠校正技术，成功消除钛元素对氮测定的干扰，显著提升含钛样品的分析精度。

2.背景校正优化

针对低能X射线背景曲率问题，创新性引入指数背景回归模型，精确解析N Kα峰附近的背景变化。

3.​束流敏感性控制

通过时间相关强度校正策略，有效抑制了高束流（20-100nA）长时间照射引发的氮迁移现象。

 

微观分布可视化突破：​

图2 氨橄榄石样品的背散射电子成像（A）和N的定量映射（B）揭示了N浓度的精细非均质性

图2展示的5kV低电压WDS面扫结果证实，优化后的EPMA方法可实现：

  • 0.02 wt% 氮检测灵敏度
  • 亚微米级空间分辨率
  • 矿物内部氮浓度的定量图谱化

 

研究价值：​

该工作¹建立了首个系统的含铵硅酸盐EPMA氮分析流程，为揭示地球深部氮循环机制提供了关键技术支撑。相关方法已成功应用于地幔包体、变质岩等地质载体的氮分布研究。

 

参考文献：1.Nachlas, W.;  Baldwin, S.;  Thomas, J.; Ackerson, M., Investigation of N in Ammonium-bearing Silicates with Electron Probe Microanalysis （EPMA）. Microsc. Microanal. 2020, 26 （S2）, 42-43.

 

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