样品|电子顺磁共振波谱仪(EPR)应用丨地质测年

近年来 , 关于地质测年的研究越来越多 。 在此研究中 , EPR技术逐渐成为实用性和学术价值较高的应用技术 。 EPR技术即电子共振波谱法 , 是一种可以直接检测含有未成对电子物质的手段 。 它可以测几百年至几百万年的地质年龄 , 目前我国已经应用EPR技术测定了大庆、大港等多处油区相关的地质年龄 。

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目前使用较多的地质测年方法是热释光法 , 也称TL法 。 EPR技术在地质测年方面的应用原理与TL法相似 , 都是以辐照损伤的累积为基础来进行检测 。 很大程度上 , EPR技术可以代替TL方法来进行检测累积的辐照剂量 , 从而推算地质年龄 。 EPR在地质方面除了可以测定地质年龄 , 还可以在场参数和局部对称性研究、矿物的染色机理研究、以及矿物化学键性质的研究上发挥重要的作用 。 例如通过EPR方法已经成功测定过钟乳石(如下图)和石笋等岩洞沉积物的年龄和生长速度 , 对第四纪的地层、人类发展历程等方面研究有着较大的帮助 。

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日本秋吉天然石灰岩(a)与溶洞钟乳石(b)EPR波谱比较

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【样品|电子顺磁共振波谱仪(EPR)应用丨地质测年】钟乳石的EPR强度与人工辐射剂量关系

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相比热释光法 , EPR技术具有很多优点:
(1) 测年范围广至几百到几百万年 , 几乎全部覆盖了第四纪地质年代 , 有很重要的研究意义 。
(2) 测定对象广泛 , 无论是洞穴的沉积物还是软体动物的贝壳、珊瑚 , 亦或是人体骨骼和牙齿化石 , 都可以进行测试 。
(3) 测试的样品前处理方法简便 ,EPR对于样品状态并不苛刻 , 不需要像TL方法一样研磨至微米级或者添加保护气 , 只需要简单处理成可以放入样品管的状态即可 。
(4) 测试的过程简便 , 样品预处理和物理仪器操作上相对简单 。。
(5) 测试的可重复性强 , 对样品不会造成破坏 , 可以反复测试 。
在地质研究中 , 天然辐照剂量大多被看作“考古学年龄” , EPR最早应用在地质研究中是以钟乳石和石灰岩作为研究目标 , 后在动物以及人骨化石的研究中进一步得到了应用 。 例如在北京周口店猿人遗址发掘的马臼齿 , 通过EPR技术可以精确的测定到牙齿中矿物成分的辐照缺陷 , 从而推算其年龄 。

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周口店马臼齿EPR谱图

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目前EPR技术在地质研究方面已经逐步成为重要的手段 , 而且EPR的应用方面也不仅限于此 。 由于其在自由基和过渡金属离子、反应动力学以及材料性质等研究中都起到的重要作用 , 使EPR技术得到了广泛的应用的发展 。

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