基于X射线荧光光谱-X射线衍射技术的泥土物证分析与区域分类鉴别研究

在法庭科学鉴定领域,土壤、岩石等地球化学相关材料是重要的物证来源。在实际案情分析中,物证材料所提供的信息往往指向未知区域,在没有明确犯罪现场位置的情况下,预测物证的来源是一项极具挑战性的工作。针对地球化学物证信息的未知性,通过建立包含矿物组成、元素含量、地理位置等理化性质和地理信息的数据集,比对案发现场样本信息,快速确定物证样本来源,为案情调查提供有力的技术支持和证据支持。本文采集辽宁沈阳市城市内表层泥土样品(0~10cm),应用X射线荧光光谱法(XRF)和X射线粉晶衍射法(XRD)对泥土物证样本中15种元素(SiO_(2)、Al_(2)O_(3)、CaO、Cu、Zn和Pb等)和矿物成分进行测试分析;借助MapGIS软件绘制元素含量分布图,探讨研究区元素分布特点及影响因素,利用主成分分析法(PCA)对三个研究区域泥土样本进行分类鉴别。结果表明:①通过城市地质填图可以获得准确直观的元素含量分布图,法庭工作者可以比对泥土样本的元素特征,追溯物证来源。②沈阳市泥土物证样本主要由石英、长石、蒙脱石和伊利石组成(88.0%~98.0%),XRD条形热图便于法庭工作者进行大量数据比对分析。③基于主成分分析法对三个研究区域15种元素进行降维分析,在95%的置信区间内实现显著的区域鉴别(第1组F_(1)<0,F_(2)<0;第2组F_(1)>0,F_(2)>0;第三组F_(1)>0,F_(2)<0)。④三个研究区域泥土样本中绿泥石、透闪石、高岭石、方解石和白云石存在显著差异,进一步佐证PCA分析分类的准确性。XRF与XRD的联合应用能够有效地区分城市内不同区域的泥土物证样本,为泥土物证溯源调查提供指向性研究区域,并为缩小调查范围提供重要线索。

X射线衍射和X射线荧光技术在泥土物证分析中的应用

泥土物证是法庭科学中重要的研究内容之一。本文采用X射线粉晶衍射法(XRD)和X射线荧光光谱法(XRF),对东北地区不同类型的泥土样品进行了综合分析。研究了在最小取样量下,不同泥土样品中矿物组分和化学元素组成特征,并探讨了这些差异性所反映出的泥土样品的矿物学差异。通过XRD分析发现,泥土主要矿物组成为石英、钾长石和蒙脱石,不同类型的泥土样品中还含有斜长石、角闪石和高岭石等矿物。选用国家一级标准物质对XRF进行精密度和准确度测试,结果显示误差范围在-4.68%~1.79%之间,相对标准偏差小于5.89%,表明该分析方法满足分析测试要求。比较分析了泥土中主量、微量元素,并利用欧氏距离法计算了泥土样品间的差异性。通过两种分析方法来探究不同泥土的矿物学和元素组成等地质信息特征,可以有效指示出其来源并为区别不同地区的泥土物证提供数据支持。

木质陶瓷的X射线衍射和喇曼光谱研究

采用X射线衍射和激光喇曼光谱,研究了以烟杆和酚醛树脂为原料制备木质陶瓷炭化过程中结构的变化特征．研究结果表明,炭化温度的升高可以使木质陶瓷XRD谱图中衍射峰增加,强度增大,同时木质陶瓷中石墨微晶的平均层间距d002减小,堆积厚度Lc增加,微晶直径La在973K出现转折点;木质陶瓷的喇曼光谱图为典型的类石墨炭材料的喇曼谱图,只出现了表征无序结构的D线和表征石墨结构的G线,且表征无序化度的二者积分强度比R值随炭化温度的升高先增后减,而根据Tuinstra-Koenig经验式计算得到的微晶直径La值表现出与R值相反的规律;两种分析方法的结果较为一致,均表明木质陶瓷结构在973K发生根本改变,说明喇曼光谱有望成为木质陶瓷结构的快速测试方法．

不同处理工艺钢渣的X射线衍射和X射线荧光光谱分析及其活性指数预测模型

以不同处理工艺钢渣,即转炉热泼渣、转炉滚筒渣、铸余渣、铁水脱硫渣、电炉热泼渣和电炉滚筒渣作为研究对象。利用X射线衍射仪和X射线荧光光谱分析仪研究钢渣的化学成分与物相组成。利用BP神经网络模型建立钢渣活性指数预测模型,研究化学成分、物相组成与活性的关系。结果表明:钢渣的处理工艺不同,其化学成分与物相组成存在明显差异;钢渣活性指数预测模型具有良好的符合性,即相对误差为2.42%和-2.54%,能充分反映输入层与输出层之间的映射关系。

X射线衍射-X射线荧光光谱-电子探针等分析测试技术在玄武岩矿物鉴定中的应用

玄武岩的鉴定通常采用显微镜镜下判定,鉴定结果容易受到鉴定人员的专业水平和主观因素、切片方位的影响,光性特征有差异,再者颗粒细小的矿物还受到光学显微镜本身放大倍数的限制也很难准确鉴定。当前的鉴定方法已由传统的显微镜向现代分析仪器(X射线衍射仪、电子探针、X射线荧光光谱仪等)综合研究方向发展。本文采用X射线粉晶衍射(XRD)和显微镜镜下观测相结合的方法,对安徽女山玄武岩(未经蚀变)和团山玄武岩(经过蚀变)进行鉴定,并采用X射线荧光光谱仪(XRF)和电子探针对鉴定结果进行验证。结果表明:女山玄武岩用显微镜鉴定主要由基质(74%,斜长石44%+辉石30%)和斑晶(13%)组成,还含有少量金属矿物(8%)及较大颗粒石英捕掳晶(5%);其中,基质部分的斜长石经XRD分析可进一步确定为拉长石,辉石主要为普通辉石(单斜辉石),少量金属矿物为钛铁矿。团山玄武岩用显微镜鉴定主要由基质(75%,斜长石50%+辉石25%)和斑晶(9%)组成,还含有少量绿泥石充填的杏仁体;其中,基质部分的斜长石经XRD分析可进一步确定为微斜长石,蚀变矿物为蒙脱石而非薄片鉴定中的绿泥石。综合XRD和相关技术鉴定结果可确定,女山玄武岩主要矿物为拉长石、辉石、钛铁矿;团山玄武岩主要矿物为微斜长石、辉石、蒙脱石。研究显示,单独的显微鉴定技术在含蚀变矿物的玄武岩鉴定中会产生较大偏差,而结合XRD等多种分析测定技术可以快速鉴定出矿物种类,尤其对颗粒较小的矿物鉴定的准确度更高。

X射线荧光光谱-X射线衍射-红外光谱联用技术鉴别锰矿与锰冶炼渣

鉴别锰矿与锰冶炼渣对于锰矿进口贸易和环境保护具有重要意义,由于锰冶炼渣与一些锰矿具有相似的元素组成,都含有锰和硅铝镁钙等杂质元素,仅从元素含量的高低无法准确将其鉴别。本文按国别收集我国主要进口锰矿及不同工艺的主要锰冶炼渣作为研究样品,应用X射线荧光光谱、X射线衍射及傅里叶变换红外光谱技术相结合,建立了锰矿与锰冶炼渣的鉴别方法。在元素组成上,锰冶炼渣的硅含量较高,水淬渣和空气冷却渣的钙含量较高。在物相上,锰矿的特征物相包括软锰矿、氧化锰、方锰矿、菱锰矿等;而锰冶炼渣因为经过冶炼的过程存在硅酸铁、锰橄榄石等特征峰,从而对样品属性进行鉴别。红外光谱显示,锰矿在600~400 cm^(-1)范围内有两个强吸收带,并单独或者同时在1420 cm^(-1)处有特征吸收峰;而锰冶炼渣在960 cm^(-1)左右有宽强吸收峰。本法建立了锰矿的物相谱图库及锰冶炼渣的物相特征,并充分利用红外光谱技术作了有力佐证,确定了锰矿及其冶炼渣的主要区别点。

纳米TiO_2粉末的结构表征:X射线衍射、透射电镜及高温Raman光谱分析

采用沉淀-胶溶-絮凝法,以偏钛酸为反应物,制备出锐钛矿型纳米TiO2 粉末,用X射线衍射(XRD)、透射电镜(TEM)和高温Raman光谱对其结构进行表征。并采用高温Raman光谱仪对所制备的纳米TiO2从25～1200℃进行了原位Raman光谱研究。温度较低时,锐钛矿相的Raman谱峰明显可见,由于高温下Raman信号减弱,随着温度升高,Raman特征谱峰逐渐减弱以至于全部消失,仅显示出几个宽宽的凸起。同时,高温Raman光谱存在明显的温度效应,因而导致了随温度升高144cm-1和196cm-1谱峰的蓝移,640cm-1谱峰的红移以及谱峰宽化。

应用X射线衍射-激光拉曼光谱-电子探针等分析测试技术研究旬阳朱砂玉的矿物学特征

近年来外观形似鸡血石的红色朱砂玉备受关注,其中吉林、贵州、青海等地这种红色岩石已有矿物成分、岩性等相关方面的研究。本文利用常规宝石常数测定手段(偏光显微镜)、X射线粉晶衍射、激光拉曼光谱、电子探针等分析测试技术,对陕西旬阳朱砂玉的矿物学和宝石学特征进行了研究。结果表明,该产地朱砂玉的矿物成分以石英、辰砂为主,含有少量的方解石、白云石、重晶石、黄铁矿;其中主要矿物成分辰砂的颜色随铁含量的增加而逐渐加深;矿物结构以碎屑结构、粒状变晶结构、穿插交代结构为主。根据矿物成分以及矿床成因的研究分析,初步认为陕西旬阳朱砂玉属于沉积-热液-强烈改造型矿床。该地区的朱砂玉与鸡血石的相似之处在于矿物的主要成分都含有辰砂,致使外观品质上具有一定的相似性,但具体矿床成因以及矿物成分有着明显的差别:旬阳朱砂玉产于沉积-热液-强烈改造型矿床中,其"地"主要矿物成分为石英岩,"血"为辰砂;而浙江昌化和内蒙古巴林鸡血石均产于中生代交代蚀变酸性火山岩的次级断裂小构造中,其"地"主要为地开石、高岭石、叶腊石,"血"为辰砂。此次研究采用多种分析测试手段为旬阳朱砂玉与鸡血石的鉴别提供了可靠的依据。

蓝柱石的高温X射线衍射、差热-热重分析、偏振红外光谱和高压拉曼光谱研究

通过高温X射线衍射(XRD)、差热-热重分析、偏振红外光谱和高压拉曼光谱研究了江西大余的蓝柱石的热膨胀行为、稳定性、羟基峰在(010)面上的强度变化及其常温高压拉曼光谱特征。结果表明,蓝柱石在1273K完全非晶化,其热膨胀系数αV为1.2(1)×10-5+0.16(1)T×10-9/K。蓝柱石在750K开始发生分解反应,最大的反应速率发生在1266K。在蓝柱石的(010)面上,羟基吸收峰在光的偏振方向与c轴夹角为70°和250°时最强,在光的偏振方向与c轴夹角为160°和340°时最弱。在常压至12.3GPa的压力范围内,蓝柱石没有发生相变。通过高压拉曼光谱计算得到了蓝柱石的mode Grüneisen参数的算术平均值为0.52(2)、thermal Grüneisen参数为0.64(2)。另外,根据Grüneisen关系式可以求得thermal Grüneisen参数,其值为0.70(6)。

波长色散X射线荧光光谱仪和多晶X射线衍射仪联用技术鉴定进口铜矿和含铜物料

首次研究进口可利用含铜物料与进口铜矿属性的不同特性并建立了鉴定方法,采用X射线荧光光谱法和X射线衍射光谱法联用技术建立铜矿和含铜物料属性的鉴别方法。通过X射线荧光光谱法对铜矿和含铜物料中元素进行定性半定量分析,再用X射线衍射光谱法对铜矿和含铜物料的特征谱峰进行扫描,与X射线衍射仪中标准卡片比对分析,能够确定铜矿和含铜物料的物相组成。结果显示,X射线荧光光谱法测定的铜矿和含铜物料的共同特点是铜的含量较高,达到冶炼铜对原料的要求;硅、铁、钠、钙和镁元素都能够检出;差异性在铅和锌元素在含铜物料中较高,在铜矿石中基本未检出;用X射线荧光光谱法检测出的金属元素,通过X射线衍射仪扫描后与标准图片比对,各元素以不同的形式存在于含铜物料中,且有规律可循。

利用X射线衍射和拉曼光谱法对KCl和NaCl混合溶液微观结构的研究

利用X射线衍射法和拉曼光谱法系统研究了25°C下,0-26%质量分数浓度范围内KCl和NaCl混合溶液的结构。通过分析X射线衍射法所得的混合溶液的差值结构函数F(Q)以及差值对分布函数G(r)发现,混合溶液组分中的K^+的水化层半径及其水化数均大于Na~^+,从而揭示出常温下NaCl在水中的溶解度大于KCl的原因。在拉曼光谱的研究中,观察到溶液中水分子的四面体氢键受破坏程度随KCl浓度的增加和NaCl浓度的减少,先增大后减小,并结合X射线衍射法的结果,推断混合溶液中Na^+对水溶液中氢键结构的破坏程度比K^+严重,且加入适量的K^+会使Na^+由结构缔造者转变为打破结构者,对水溶液结构的破坏增强。

X射线粉晶衍射-拉曼光谱法研究含甲烷双组分水合物结构及谱学特征

天然气水合物的晶体结构主要取决于客体分子种类与组成,目前单组分水合物的结构和谱学特征较为明确,但多组分水合物相关研究较少。为解决多组分水合物的结构识别问题,探讨其谱学特征,本文实验合成了甲烷-丙烷(CH_(4)-C_(3)H_(8))和甲烷-四氢呋喃(CH_(4)-THF)两种含CH_(4)双组分水合物以及CH_(4)、C_(3)H_(8)和THF等三种单组分水合物,并采用低温X射线粉晶衍射(PXRD)和显微激光拉曼光谱进行了表征。结果表明:CH_(4)-C_(3)H_(8)和CH_(4)-THF双组分水合物的晶格常数a分别为17.2312×10^(-10) m和17.2241×10^(-10) m,为典型的Ⅱ型结构水合物,与相应C_(3)H_(8)和THF单组分水合物结构相同。在CH_(4)-C_(3)H_(8)水合物中,CH_(4)在大、小笼中均有分布,呈现两个特征拉曼峰(2900cm^(-1)和2911cm^(-1));C_(3)H_(8)仅分布在大笼,与单组分水合物相比,其C—H伸缩振动峰峰位几无变化,而C—C伸缩振动峰(873cm^(-1))向低频迁移约3cm^(-1)。在CH_(4)-THF水合物中,大笼被THF占据,CH_(4)仅填充在小笼中(2910cm^(-1));双组分水合物中,THF分子C—C和C—H伸缩振动峰峰位均与单组分水合物基本一致。分析认为,含CH_(4)双组分水合物的结构类型与其相应的大分子水合物一致,大分子对双组分水合物的晶体结构特征具有决定作用。同时,大分子影响了CH_(4)分子在笼型结构中的分布,致使双组分水合物的拉曼光谱特征存在显著差异。研究结论对基于谱学特征识别多组分水合物微观结构具有重要的指导意义。

H_2SO_4-HAc-GIC的合成及其X射线衍射光谱和紫外光谱研究

本文以天然鳞片石墨为原料 ,合成了 H2 SO4 - HAc- GIC,对该石墨层间化合物进行了 X衍射及紫外光谱分析 ,测定了含硫量 ,并利用光谱分析结果对反应机理进行了初步探讨。

广西黎塘红土风化壳X射线衍射和红外吸收光谱分析研究

广西黎塘碳酸盐岩红土风化壳发育良好。经鉴定的矿物有三水铝石、针铁矿、赤铁矿、高岭石、伊利石、锐钛矿、金红石、锂硬锰矿、蛋白石、石英和白云石等。研究表明,红土风化壳剖面自下而上,伊利石、高岭石减少,三水铝石、针铁矿、赤铁矿增多。因此,依矿物组合与演化次序,可分为以白云石为主的原生带,以高岭石为主的淋溶带和以三水铝石、针铁矿为主的水解带。在针铁矿中存在着铝的类质同象置换现象。这种置换,使X射线衍射峰的d值向低值方向偏移,偏移值和置换量呈线性关系,从而可计算其中铝的置换量;在红外吸收光谱分析图谱中,导致900cm^(-1)和800cm^(-1)两个吸收峰变得平缓,900cm^(-1)峰值向高频偏移,偏移量与铝的置换量亦呈线性关系,同理可以计算置换量。

Bi^(3+)-Cys配合物的X射线粉末衍射光谱

本文研究了金属铋离子与胱氨酸配合物的合成方法 ,采用 X射线粉末衍射光谱对配合物进行了分析鉴定 ,结果表明 ,Bi3+能与 Cys形成配合物。

用 X 射线衍射和 FTIR 光谱研究突出区煤的结构

用 Ｘ射线衍射和 Ｆ Ｔ Ｉ Ｒ 光谱法对突出区煤的大分子结构进行了研究，并采用 Ｆｒａｎｋｌｉｎ 公式计算微晶参数 Ｌａ结果表明，用 Ｆｒａｎｋｌｉｎ 公式得到的 Ｌａ 比 Ｗａｒｒｅｎ 方程计算值更接近煤大分子实际结构；突出区煤面间距非常接近， Ｌａ 随ｘｃ的升高而增大， Ｌｃ 则刚好相反；突出区煤中具有脂肪族 Ｃ Ｈ２ 、 Ｃ Ｈ３ 的２９２０ ｃｍ － １ 吸收带，平均多核芳环数为５ ～６ 个，平均原子数为２０ ～２３ 个。

基于拉曼光谱-红外光谱-X射线衍射技术研究斜硅石的相对含量与石英质玉石结晶度的关系

石英质玉石的成分除α-石英外,还或多或少含有一种低温低压的SiO_2矿物"斜硅石",关于斜硅石的相对含量与石英质玉石结晶程度的关系还未见有研究。本文选取中国云南龙陵、安徽霍山、广西贺州和内蒙古阿拉善盟地区所产出的不同类型的石英质玉石为研究对象,采用拉曼光谱、红外光谱、X射线衍射分析技术,确定了斜硅石的相对含量与石英质玉石结晶程度之间的关系。结果表明,石英质玉石中斜硅石的相对含量越高,石英质玉石的结晶程度越低;其中拉曼光谱中能够描述斜硅石相对含量变化的502 cm^(-1)/465 cm^(-1)两峰强度比值(X)与石英质玉石的结晶度指数(Y)基本上呈负相关关系:Y=-0.36X+6.93(r=-0.94)。此结论为利用无损检测手段大致判断石英质玉石的结晶程度提供了新的思路,同时也为定性评价石英质玉石的品级提供了科学依据和理论约束。

高压下铌酸锌钶铁矿结构相变的原位拉曼光谱和X射线衍射研究

通过原位高压拉曼光谱和X射线衍射对ZnNb2O6晶体在29 GPa以下的结构转变进行了研究.拉曼光谱显示,多数拉曼峰强度减弱,且随着压力增加向高波数方向移动.压力频移曲线分别在10,16和20 GPa处形成了拐点.原位X射线衍射谱在10.6 GPa以上有旧峰消失和新峰出现.结果分析表明,ZnNb2O6钶铁矿结构压缩过程中发生了一个可逆压致相变,此相变从10 GPa左右开始,到16 GPa左右完成,继续增加压力到20 GPa以上则形成无序状态.

X射线荧光光谱-X射线粉晶衍射-偏光显微镜分析12种产地铜精矿矿物学特征

我国是世界上最大的铜精矿进口国,研究不同产地铜精矿的矿物学特征,能支撑铜精矿原产地分析及相关固体废物属性鉴定。本文研究对象为来自8个国家12个矿区的进口铜精矿样品,采用X射线荧光光谱(XRF)、X射线粉晶衍射(XRD)以及偏光显微镜进行综合分析,探寻这些矿区铜精矿的元素组成、矿物组合特征,探讨不同成因类型铜精矿的矿物学差异。X射线荧光光谱分析表明铜精矿样品主要元素为Cu、Fe、S、O,普遍含有Zn、Si、Al、Mg、Ca、Pb;X射线粉晶衍射物相分析表明铜精矿样品主要物相为黄铜矿,其次常含有黄铁矿和闪锌矿等物相;偏光显微镜光片鉴定表明铜精矿样品金属矿物中黄铜矿的含量在88%~98%之间,观察到黄铜矿与闪锌矿、黄铁矿、磁黄铁矿共生,闪锌矿与斑铜矿、砷黝铜矿共生,黄铜矿、砷黝铜矿和斑铜矿共生等连生体矿相。结合铜精矿不同成矿类型分析表明,斑岩型、矽卡岩型、火山成因块状硫化型铜矿床样品中常见黄铜矿、黄铁矿、闪锌矿,并分别含有黑云母、草酸钙石、硫酸铅特征矿物;铁氧化物铜金矿床样品主要矿物为黄铜矿,常见磁黄铁矿、滑石特征矿物。通过本文采用多种技术表征不同产地铜精矿样品元素含量、物相组成、矿相组成的差异,能够全面分析不同产地铜精矿样品的矿物学特征,对进口铜精矿的风险识别和管控具有重要意义。

碳钠铝石的X射线衍射及拉曼光谱特征

碳钠铝石既是CO2运移、聚集或逸散的"示踪矿物",也是CO2地下贮存的固碳矿物,其研究对于解决温室气体地下贮存具有重要意义。本文以砂岩裂缝中发现的碳钠铝石矿物单晶为研究对象,结合国外已有测试数据,进行碳钠铝石的X射线衍射及拉曼光谱研究。结果显示:①碳钠铝石X射线衍射主峰位的晶面间距分别为0.567,0.2784,0.2601,0.1988,0.1728,0.338和0.2151nm,对应的2θ角位于15.50°,26.50°和32.00°附近;②碳钠铝石发育6个拉曼主峰位,190cm-1和260cm-1的拉曼谱峰由ν(O-Al-O)弯曲振动形成,588cm-1的拉曼谱峰由ν(O-Al)伸缩振动形成,1090cm-1和1507cm-1的拉曼谱峰由ν(CO2-3)的伸缩振动形成,3280cm-1的拉曼谱峰由ν(OH-)伸缩振动形成。