在最近的文章“激光诱导击穿光谱分析石榴石——两个实际应用”（Minerals 11, 705 (2021)）中，Richard Hark 博士的学生 Peter Defnet 评估了 LIBS 的两个实际应用，这些应用可以在博物馆现场或地质野外工作期间使用手持式 LIBS 分析仪实施。为了深入研究这项研究的意义，Harmon 博士向我们介绍了过去，目前和未来与石榴石的合作，以及 赛恩谱斯SciAps 手持式 LIBS 对一般地球化学指纹识别和博物馆藏品的重要性。 Harmon 是北卡罗来纳州立大学海洋、地球和大气科学系的兼职副教授。
Russell Harmon 是北卡罗来纳州立大学海洋、地球和大气科学系的兼职副教授[/caption]
问：您能否快速解释一下什么是地球化学指纹图谱？
罗素哈蒙： 每种材料都有独特的化学成分，这可以从其 LIBS 光谱特征中破译。 地球化学指纹图谱不是定量分析，需要基质匹配标准。 相反，地球化学指纹识别是一种定性快速分析技术，它比较 LIBS 宽带光谱中有关元素组成的所有信息，以区分材料。基于这个想法，我们获得了六种不同类别的石榴石 - 铁铝榴石的大量 LIBS 光谱, 然后我们使用复杂的信号分析对光谱数据进行统计处理，看看我们是否可以区分这些类别。 这种方法非常成功。 下一步是建立不同石榴石类型的光谱库，这样当出现未知或不确定类型的石榴石时，其 LIBS 光谱可以与图书馆进行比较，以确定它是否属于六种石榴石之一库中的类。我们也可以将此技术应用于其他地质材料。 黑曜石神器是否来自特定来源？ 这种钶钽铁矿样本是来自非法开采的刚果民主共和国，还是来自世界上其他十个我们知道以合法方式开采矿物的地方之一？ 这个孤立的露头属于地层序列中的哪个石灰岩地层？ 野外地质学家经常遇到这些问题和许多类似的问题，而 LIBS 可以成为提供权宜之计答案的有用工具。
问：您为什么在这项研究中使用石榴石？
罗素哈蒙： 石榴石是一种矿物学上简单的矿物，通式为 X3Y2Si3O12，其中二价 X 位通常包含 Mg、Fe2+ 或 Ca，三价 Y 位包含 Al、Cr 或 Fe3+。 因此，我们认为使用 LIBS 光谱的化学计量学分析可以轻松区分六种常见的石榴石类型 – FeAl 石榴石（铁铝榴石）、MgAl 石榴石、MnAl 石榴石（锰铝榴石）、CaAl 石榴石（钙铝榴石）、CaFe 石榴石（钙镁石）和 CaCr 石榴石（uvarovite）。我们在 2010 年使用实验室 LIBS 系统和我个人的石榴石收藏撰写了一篇关于石榴石的论文。 我有一个来自西点军校的学员需要一个暑期研究项目。 Dan 对这一切的数学数据处理方面很感兴趣，所以当时我们认为它有点像“玩具问题”，因为尽管六种柘榴石有许多不同的颜色，但每个样本都有一个类型标签。 我们于 2010 年在 Applied Optics 上发表了这些发现，“用于快速分析和鉴别矿物的基于激光诱导击穿光谱的地球化学指纹识别：以石榴石为例”（Daniel Alvey、Russell Harmon 等。这就是理查德（哈克）和我几年后所做的工作的基础，当时我们使用 SciAps 的一个手持式分析仪 X50，看看我们是否能得到类似的结果，我们确实做到了。 (手持式激光诱导击穿光谱地球化学指纹图谱，2017)。这两项研究随后导致了目前发表在 矿物质 （2021 年），这是在理查德和我开始与 迈克尔·怀斯 在矿物学系 史密森尼自然历史博物馆 并告诉他有关石榴石的研究。 因此，我们决定浏览一下他们的石榴石系列。 Michael 正在使用电子探针分析定量石榴石，并发现了一些错误分类。 因此，EMP 和 LIBS 检查了大约 200 颗柘榴石。 令我们惊讶的是，我们发现大约 30% 的柘榴石被错误分类，样品上的标签是错误的。
问：那是快速分析。 还有很多标签错误！
罗素哈蒙： 好吧，从历史上看，博物馆的藏品一直依赖于纸质痕迹，并接受标本附带标签的矿物捐赠。 这就是这项研究的独特之处。 手持式 LIBS 可以在现场实时查看实际情况。 这是一种身份验证方法。接下来，我们计划将X50带到 耶鲁皮博迪博物馆 藏品中有 800 颗石榴石，其中只有大约四分之一有标签。 由于我们在史密森尼博物馆所做的工作，矿物收藏品的馆长想要检查这些标签的真实性并识别其他标签。
问：为什么使用 LIBS 而不是其他方法？
罗素哈蒙: 好吧，需要大量时间来准备矿物样品，以便通过 EMP 分析等传统实验室方法进行分析。 您可能一周只能分析 20-30 个。 但是，LIBS 每天可以进行数百次分析。 由于我们有好的谱库作为比对的基础。 更有趣的是，这可以用博物馆藏品中具有复杂化学成分的许多其他矿物来完成。 我认为人们会发现很多矿物质都没有被正确识别。 博物馆还可以使用 LIBS 来分析其考古收藏中的许多不同类型的人工制品，例如木材、陶瓷、陶器碎片、黑曜石、骨头、古钱币，实际上是任何一种人工制品。
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