Ultim Max 170能谱仪分析NASA“贝努”小行星样品

2024-03-06 10:56:29 牛津仪器科技(上海)有限公司


2016年9月,美国宇航局(NASA)发射了OSIRIS-Rex(冥王号)深空探测器。冥王号抵达一颗名为“贝努”的近地小行星后,在小行星表面的风化层采集了岩石和尘埃样本并返回。该任务旨在帮助科学家探索行星的形成过程以及生命的起源,同时深化对撞地小行星的理解。 

图1 采样器外部的小行星尘埃

2023年9月24日,“冥王号”携带样本于返回地球,着陆在犹他州。不幸的是,密封仓的紧固件出现故障,直到今天,科学家们仍然无法拿到其中的大部分样本。不过,科学家们在取样器头部外部收集到了70.3 g物质。研究人员使用Ultim Max探测器准确地分析了这些岩石和尘埃的组分及分布(如图1)。EDS分析得到的X射线谱图显示样品中含有碳和水!这对理解生命的起源和地外资源的潜力具有重要意义。

在拆卸样品回收舱和相关硬件过程中,相关人员将收集到的附着在内部表面上的100 mg细小粉尘交由样品分析小组成员进行分析。分析小组成员计划利用光学显微镜、傅里叶变换红外光谱、X射线粉末衍射、场发射扫描电子显微镜和其他方法确定尘埃中的矿物,分析它们的种类,并确定丰度高于5%的矿物。

在扫描电子显微镜平台上,研究人员开发了一套基于EDS分析矿物的流程和技术。为了验证该技术的有效性,研究人员测试了包括Murchison陨石粉末、和Orgueil陨石以及模拟样本在内的数个样本。

图2 牛津仪器Ultim Max探测器

研究人员将粉尘置于铍板上,并蒸镀约5 nm碳膜来消除表面电荷,改善成像和化学表征效果。研究人员使用Ultim Max 170探测器(如图2)分析粉末的元素含量,分析时使用的加速电压为15kV,束流约1nA,点分析和面分析时EDS信号采集时间为30~200 s。

图3  522颗Murchison陨石颗粒的成分三元相图(wt. %)

在分析Murchison陨石粉末时,研究人员使用到了牛津仪器EDS技术的高级功能AZtecFeature。AZtecFeature是一个高度自动化的分析平台,用于大数量颗粒物的采集。它采集的数据包含颗粒物的形貌和成分信息,统计结果显示出矿物颗粒的种类、数量和成分信息。AZtecFeature的分类标准支持多层次分类,用户可以在一个大类中下设多个子类,设置非常灵活。AZtecFeature分析了Murchison陨石粉末中约1000个粉末颗粒,图3从上到下给出了中各矿物的丰度高低排序。

基于以上测试结果,研究人员将使用Ultim Max 探测器和AZtecFeature可以快速识别“贝努”样本中的矿物颗粒,分析出大数量颗粒的统计信息,从大样本中快速筛选出进一步研究的颗粒,帮助科学家揭示更多“贝努”的奥秘。

该研究受到NASA支持,后续将继续通过新前沿项目(New Frontiers Program)发布研究成果。

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