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【XRF】ITRAX全岩芯扫描仪


一、简介

瑞典Cox Analytical System公司与英国Southampton Oceanographic Centre(南安普敦海洋中心)合作开发的Itrax沉积物岩芯扫描分析仪(又称Itrax芯体密度与元素分析系统、Itrax岩芯XRF扫描仪、XRF岩芯元素扫描仪、岩芯X荧光光谱扫描仪、岩芯扫描X荧光光谱仪等),结合了微观X射线荧光分析(X-ray Fluorescence)、数字X射线成像(digital x-ray micro radio-graphy)和光学成像三种技术,通过非接触式直接扫描岩芯剖面来获得沉积物中的元素含量,提供高质量、高精度、完整的数据,其优势在于快速、无破坏性、连续测试、对样品制备要求低以及扫描结果的分辨率高。通过XRF 岩芯扫描法得到的元素含量以及不同元素比率可以用于研究环境变化、成岩过程及物质输入示踪。目前该方法广泛应用于海洋、湖泊、泥炭乃至黄土沉积物研究中。
 
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二、Itrax的优势:

  • 世界上最快的XRF分析仪,仅用10分钟即可完成1米沉积物样芯的扫描分析工作,高质量的数据优于其他设备30分钟得到的数据。
  • 最好的元素检出率(灵敏度高)
  • 唯一一个水平分辨率能从1厘米到0.1毫米
  • 唯一一台综合了微观X射线荧光分析技术(X-ray Fluorescence)、数字X射线成像技术(digital x-ray micro radiography)和光学成像技术等3种技术的分析仪
  • 提供多种元素同时检测
  • 提供富集点(Peak Area)测量和浓度输出
  • 提供数字X射线成像技术,直接输入电脑,高质量的图像优于胶片
  • 提供全套软件,仪器自动化工作,多样品同时分析,自动生成报告
  • 稳定可靠,能连续工作24小时


三、Itrax特点:

  • X射线荧光分析(μ-XRF analysis),提供铝以上的多种元素的浓度分布数据(Al – U)
  • X射线照像分析(μ-radiography),用于分层序列结构成像,提供密度数据
  • 数码光学相机,提供样高分辨率光学表面扫描.
  • 磁化率、颜色光谱可实现
  • X射线源最大3KW
  • 样品最长可达1.8米,样品有圆柱状,平面状,U形样品
  • 进样速度从1厘米到20μm
  • XRF扫描点大小为0.2×4毫米,扫描速度为2秒/点
  • XRF灵敏度达PPM级
  • X射线成像分辨率小于>20×20 μm,扫描速度为1秒/点
  • 自动运行,无人值守
  • 非接触式分析,不破坏样品

四、应用

  • 海洋(湖泊、河口、冰河)沉积物样芯(样柱)(长度最长1.8米,直径60到120毫米)
  • 科学研究
  • 海洋沉积与古环境
  • 湖泊沉积与环境
  • 古气候学、过去全球变化


五、沉积岩芯 XRF 扫描结果指示的环境意义

相较于黄土、树木年轮、冰芯等研究对象, 湖泊沉积物具有信息量大、连续性好、沉积速率高、时间分辨率高以及广泛的遍布范围等优势。使用XRF 扫描法对湖泊沉积岩芯进行测量可以得到定量且高分辨率的元素变化数据,结合磁学参数、孢粉等代用指标可以得到全面可靠的高分辨率古气候与环境重建结果。


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六、仪器工作示意图:


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-μ_XRF,X射线影像术和光学扫描的完美结合
  1. 岩芯扫描仪使用扫描技术、用户自选移动样品
  2. 高能量的X射线管和轮廓清晰的光速给适当区域提供了快速和准确的XRF和影像分析
  3. 最新的XRF和数字影像技术提供最佳结果
  4. 光学RGB直线扫描摄像系统提供质量的光学样品图像
  5. 可选的磁化率设备让探头范围更加完整
  6. 表面扫描系统让非接触式高质量持续分析成为可能(可选的磁化率分析会接触到表面)
  7. 通过一个设置中的多个探头,用户可以保证所有不同探头的数据均来自相应的样品点
 
七、案例

1、元素比率部分案例
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Sr/Ca
  • 增多的Sr预示着肯能存在需要浅水源的高Sr霰石。
  • 受沉积填充物/孔隙度和颗粒大小/形状变化的影响。

Ca/Fe
  • 指示着生物碳酸盐:碎屑粘土比。
  • 可以显示强大的沉积单元校正。
  • 剖面图很好的展示了粒径级配和源关系的评估。
  • 可以区分有孔虫或贝壳富集地层。

Rb/Fe
  • 通常显示颗粒大小关系分级效果。
  • Fe在成岩作用氧化还原反应期间聚合,增多的Fe通常发现于氧化的或之前氧化的沉积某部分中。
  • Rb是一种通常与碎屑粘土胶结在一起,也可能在浊积泥中聚集。 
I.W.Croudace,A.Rindby,G.Rothwell,沉积岩芯分析的新技术,美国地质调查局,伦敦,专业出版社:267
 

2、Sub-annual分辨率揭示了马拉维湖的季节性变化

 
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通过对马拉维湖(东非)沉积岩芯的高分辨率XRF扫描,E.T.Brown教授等论证了每年的元素剖面图,显示了约1200年前逐年的雨季和干旱的大小。这些规律的年度变化显示了在4年和11年期间明显的频率峰值,分别提议出相关的ENSO和太阳引力。“year AD”剖面图标显示了多年期间的Fe剖面,棕色工具条代表陆源层,而白色工具条代表硅藻富集层。

扫描了好几米不同钻孔的岩芯,分析的一套元素包括Fe、Ti、Si、K、Mn及其他,横向分辨率为0.2毫米。
 

3、干燥塔纳湖的晚更新世

 
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阿伯里斯特威斯大学的Lamb博士和他的同事们,Wales能够获得包含了几百米的塔纳湖湖泊沉积岩芯,青尼罗河的源头。测试了一个96米长的岩芯,它包含了17000年长的气候历史,从上一次北欧与北美的冰川消融作用开始,穿过古埃及旧皇室时期,至今。岩芯数据显示:除了别的以外,某1000年长的超级干旱始于16000年以前,塔纳河缩小为沼泽,随后青尼罗河也干燥了。坚信此事是当季候风由于北美的冰川融化为水被中断而触发的。
 

4、Bramant湖  4000年的阿尔卑斯山脉文化历史

 
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H.Guyard等对法国西部Grandes Rousses MassifBramant湖的薄层状沉积岩芯进行了XRF高分辨率扫描。形成超过4000年的纹泥功率谱显示了重大的频率发现,如近期沉积物的3-4、7-8和24-25年之间,而30-50年间的频率,被检测为3000年之久的沉积物。异常高水平的多样化合金被解释为古罗马时期和早青铜器时代的采矿活动的标识。
 

 

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