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揭開月球的神秘面紗 離不開儀器儀表的幫助
2021-05-27
5月26日晚上，超級月亮恰逢月全食，一輪紅色的圓月點亮夏夜星空。如果沒有月亮，對地球最直接的影響就是潮汐現象的減弱。月亮與潮汐對地球的影響還不止于此，它們還是地球磁場的“守護者”。如果沒有月亮，地球磁場會大大減弱甚至消失，太陽風將“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。
古往今來，我國對月球的探索從未停止。國家天文臺已建成月球樣品實驗室，用來研究月壤，那么，哪些科學儀器儀表將擔起分析月壤的重任呢？
拉曼光譜儀——礦物鑒定小助手
對于地質樣品來說，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。通過測定巖石和土壤的拉曼光譜，可以準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巖石樣品中的長石礦物,結合其所占的比例,進而估算長石的組成含量,這是其他譜儀所不能做到的。該儀器還可以測試巖石和土壤中水的含量和各種含水礦物,這對尋找月球水資源起到了關鍵的作用。激光拉曼光譜儀的特點是對樣品處理要求很低、不破壞樣品、不影響其他探測技術的測試結果。現代激光技術的發展,完全可以制造一個小形、輕量、低能耗的激光拉曼光譜儀,安裝在月球車上開展月球表面巖石和土壤的勘探工作。
電感耦合等離子體質譜儀——無損分析
由于月壤樣品獲取困難，分析月壤首先考慮的是無損分析方法，例如利用顯微鏡觀察月壤顆粒的表面形態特征，利用光譜分析儀器、X射線分析儀器等對月壤中的礦物和化學組成進行定性和定量分析。此外還需要進行一些有損的化學成分分析，此時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譜技術、顯微激光拉曼光譜、納米離子探針技術等微量分析技術就是很好的選擇。
與傳統無機分析技術相比，ICP-MS技術提供了檢出限、最寬的可測濃度范圍，具有干擾最少、分析精密度高、分析速度快以及可進行多元素同時測定等分析特性。該技術在礦物研究方面的應用有：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；激光剝蝕固體微區分析等。
電子探針、掃描電鏡
掃描電子顯微鏡是用細聚焦的高能電子束轟擊試樣表面，通過電子與試樣相互作用產生的二次電子，背閃射電子信息可對月壤中礦物質進行形貌觀察。
電子探針可以對試樣中微小區域(微米級)的化學組成進行定性或定量分析。可以進行點、線掃描(得到層成分分布信息)、面掃描分析(得到成分面分布圖像)。還能全自動進行批量(預置9999測試點)定量分析。由于電子探針技術具有操作迅速簡便(相對復雜的化學分析方法而言)、實驗結果的解釋直截了當、分析過程不損壞樣品、測量準確度較高等優點，故在冶金、地質、電子材料、生物、醫學、考古以及其它領域中得到日益廣泛地應用，是礦物測試分析和樣品成分分析的重要工具。
結語
在太空探測領域，中國已經實現了較低的成本與豐碩的成果之間的平衡。中國探月的總投入并不大，但卻是第三個實現月球軟著陸的國家，成績令人矚目。對整個國產儀器行業來說，就是將國家的科研投入集中在幾個大型儀器企業，培養力量。打破了進口儀器的壟斷，中小儀器企業也會得到更多生存的空間。對儀器企業來說，就是將投入集中在關鍵技術上，先實現一方面的技術突破，形成自身的特色，提升市場競爭力。
資金投入是儀器研發的前提，資金投入越多的確越可能出現好成績，但并不代表資金不足就沒有產出。國產儀器行業面臨的資金壓力很大，如何在這種情況下實現突破，是國家與整個行業都需要思考的問題。在探月工程中我們已經取得了成功，在儀器行業我們同樣也可以。
古往今來，我國對月球的探索從未停止。國家天文臺已建成月球樣品實驗室，用來研究月壤，那么，哪些科學儀器儀表將擔起分析月壤的重任呢？
拉曼光譜儀——礦物鑒定小助手
對于地質樣品來說，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。通過測定巖石和土壤的拉曼光譜，可以準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巖石樣品中的長石礦物,結合其所占的比例,進而估算長石的組成含量,這是其他譜儀所不能做到的。該儀器還可以測試巖石和土壤中水的含量和各種含水礦物,這對尋找月球水資源起到了關鍵的作用。激光拉曼光譜儀的特點是對樣品處理要求很低、不破壞樣品、不影響其他探測技術的測試結果。現代激光技術的發展,完全可以制造一個小形、輕量、低能耗的激光拉曼光譜儀,安裝在月球車上開展月球表面巖石和土壤的勘探工作。
電感耦合等離子體質譜儀——無損分析
由于月壤樣品獲取困難，分析月壤首先考慮的是無損分析方法，例如利用顯微鏡觀察月壤顆粒的表面形態特征，利用光譜分析儀器、X射線分析儀器等對月壤中的礦物和化學組成進行定性和定量分析。此外還需要進行一些有損的化學成分分析，此時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譜技術、顯微激光拉曼光譜、納米離子探針技術等微量分析技術就是很好的選擇。
與傳統無機分析技術相比，ICP-MS技術提供了檢出限、最寬的可測濃度范圍，具有干擾最少、分析精密度高、分析速度快以及可進行多元素同時測定等分析特性。該技術在礦物研究方面的應用有：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；激光剝蝕固體微區分析等。
電子探針、掃描電鏡
掃描電子顯微鏡是用細聚焦的高能電子束轟擊試樣表面，通過電子與試樣相互作用產生的二次電子，背閃射電子信息可對月壤中礦物質進行形貌觀察。
電子探針可以對試樣中微小區域(微米級)的化學組成進行定性或定量分析。可以進行點、線掃描(得到層成分分布信息)、面掃描分析(得到成分面分布圖像)。還能全自動進行批量(預置9999測試點)定量分析。由于電子探針技術具有操作迅速簡便(相對復雜的化學分析方法而言)、實驗結果的解釋直截了當、分析過程不損壞樣品、測量準確度較高等優點，故在冶金、地質、電子材料、生物、醫學、考古以及其它領域中得到日益廣泛地應用，是礦物測試分析和樣品成分分析的重要工具。
結語
在太空探測領域，中國已經實現了較低的成本與豐碩的成果之間的平衡。中國探月的總投入并不大，但卻是第三個實現月球軟著陸的國家，成績令人矚目。對整個國產儀器行業來說，就是將國家的科研投入集中在幾個大型儀器企業，培養力量。打破了進口儀器的壟斷，中小儀器企業也會得到更多生存的空間。對儀器企業來說，就是將投入集中在關鍵技術上，先實現一方面的技術突破，形成自身的特色，提升市場競爭力。
資金投入是儀器研發的前提，資金投入越多的確越可能出現好成績，但并不代表資金不足就沒有產出。國產儀器行業面臨的資金壓力很大，如何在這種情況下實現突破，是國家與整個行業都需要思考的問題。在探月工程中我們已經取得了成功，在儀器行業我們同樣也可以。
（文章來源：儀表網）
TAGS : 儀表
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