黄金首饰的鉴定（Ｘ射线能谱仪应用之一）山东工业大学侯绪荣，曹丽敏，费振义利用ｘ射线能谱仪 定量测定黄金首饰成分，选择合理测试参数，经多次测定取其平均值而获得其成分，并借助改变加 速电压，判断成分波动范围的合理性。一、前言随着国民经济的飞速发展，人民生活水平有了极大 提高，黄金首饰已进入普通群众之中，把我们的生活点缀得更美好。然而在经济大潮的冲击下，鱼 目混珠现象时有发生，为了维护消费者利益，我们把Ｘ射线能谱仪的定量分析推广到黄金首饰的鉴 定中。黄金首饰鉴定所使用的仪器是日本电子公司（ＪＥＯＬ）生产的ＪＸＡ－８４０扫描电子显 微镜和ＥＤＡＸＰＶ－９１００Ｘ射线能谱仪。该仪器有一个大容量的样品室，备有５种尺寸的样 品座，可检测各种各样的首饰，如戒指、项链、手镯等。仪器使用的加速电压一般在１０～３５ｋ Ｖ，此电压对首饰表面质量和重量无丝毫影响。能谱仪的检测系统采用多道分析器，样品中所含元 素经过高能电子束轰击后能全部显示在Ｘ射线能谱图上。如果采用无标样定量分析方法，只需十几 分钟即可精确地计算出样品中各元素的重量百分比。利用Ｘ射线能谱仪鉴定黄金首饰与其它分析方 法相比，除分析速度快、不损坏样品外。还能准确地测出首饰中其它元素的含量。二、各种黄金首 饰的测定在市场上，常见的黄金首饰有三种类型：纯金首饰（２４Ｋ）；合金首饰（１８Ｋ、１４ Ｋ等）；镀金首饰（包金）。针对这三种类型我们分别准备了三种样品：戒指（２４Ｋ）；项链（ １８Ｋ）；手镯（镀金）。１．选择测试条件加速电压（Ａｃｃ）：２０ｋＶ；工作距离（ＷＤ） ：３９ｍｍ；放大倍数（Ｍａｇ）：×１００～５００；收集时间（ＥＤＡＸ）：１００～２００ ｓ；Ｘ射线计数率：２０００～４０００ＣＰＳ；定量分析方法：无标样分析（ＮＯＳＴ）。２． 测试数据三种样品测试数据分别见表１、表２和表３。３．使用不同加速电压各样品中金含量的对 比在原来的测试条件基础上，仅改变电镜的加速电压（由原来的２０ｋＶ提高到３０１ｋＶ），把 测得各样品中金含量与原来相比较，其结果见表４。三、测试数据分析Ｘ射线能谱分析也称电子探 针显微分析，分析面积可根据放大倍率公式求出：式中Ｍ为放大倍率，Ｌｃ为电镜显示系统ＣＲＴ 的宽度，Ｌｓ为电子束在样品表面扫描线的长度。如果ＣＲＴ的尺寸为９０ｍｍ×１２０ｍｍ，Ｍ 为×１００，则电子束在样品上的扫描面积为１．０９ｍｍ￣２。放大倍率越大，分析面积越小。 在一般金属材料中，常常存在着杂质元素和成分分布不均匀现象，由于以上两种因素就造成能谱分 析中样品成分的波动，这种波动是正常的，也是允许的。在国标（ＧＢ３５２３３－８５）中规定 ：７０黄铜（Ｈ７０），铜含量６８．５～７１．５％；锌含量３１．５～２８．５％，其波动范 围为３。如果用此黄铜作为金首饰的添加剂，则Ｋ金中铜、锌含量波动也在３左右。计算样品中各 元素含量时，应多测试几次，取数据平均值即可。从表１中可以看出戒指的金含量为９９．９２％ ，
波动范围０．０６，属于２４Ｋ纯金制品。表２中，项链金含量平均为８４．５２％，波动范围 ０．５４，属于２０Ｋ金首饰。表３中，手镯含金约９３．９３％，但波动范围在６．３９左右， 如此大的波动是样品表面镀金层不均匀造成的。此手镯乃为镀金制品。为了进一步验证上述分析的 正确性，把扫描电镜的加速电压提高到３０ｋｖ，重复以上实验。从表４中看到２４Ｋ戒指金含量 仍在９９．６８％，波动范围０．２４。２０Ｋ项链中金含量略有减少，但波动范围２．１４仍属 于正常范围。镀金手镯金含量却从９３．９３％（２０ｋＶ）下降到８４．２２％（３０ｋＶ）， 波动范围９．７１。其原因为随着加速电压的增高，电子束的穿透深度也随之增加，电子束穿透深 度可用公式计算出：式中：ρ为样品密度（ｇ／ｃｍ￣３）；Ｅ＿０为入射电子能量（ｋｅｖ）； ｎ取１．２～１．７；ａ是常数（与样品材料有关）；Ｒｅ为电子在样品中的最大穿透深度（μｍ ）。黄金首饰的镀层一般较薄，加速电压为２０ｋＶ时，镀层已被穿透，基体中的成分已激发出来 ，随着加速电压的提高，基体成分占的比例增加。金含量明显下降，通过改变加速电压进一步证实 手镯为镀金制品。四、小结用Ｘ射线能谱仪鉴定黄金首饰，为了确保测试数据的可靠性，在定量分 析前必须对仪器进行校正，选择合理的测试条件。由于是微区分析，测试次数要在３次以上，然后 取平均值作为样品的成分。对于成分波动范围较大的样品，一定要改变电镜的加速电压进行验证。 此外，还可通过添加元素来帮助判断。在Ｋ金中，通常加入银、铜、锌元素。在镀金首饰中，基体 多为铬镍合金。参考文献｜｜（１）现代分析测试方法，山东工业大学出版，１９９３年４月（２ ）朱宜等，扫描电镜图象的形成处理和显微分析，北京大学出版社出版，１９９１年９月（３）［ 美］Ｊ．１戈尔茨坦等著，张大同译，扫描电子显微技术与Ｘ射线显微分析，科学出版社出版，１ ９８８年８月（４）滕志斌等编，新编金属材料手册，金盾出版社出版，１９９３年５月（５）Ｒ ｅｅｄｓＪＢ．ＥｌｅｃｔｒｏｎＭｉｃｒｏｐｒｏｂｅＡｎａｌｙｓｉｓ，３１０（６）Ｉｎｓ ｔｒｕｃｔｉｏｎｓＪＸＡ－８４０ＳｃａｎｎｉｎｇＭｉｃｒａｓｅｏｐｅＪＥＯＬ黄金首饰的 鉴定（X射线能谱仪应用之一）@侯绪荣，曹丽敏，费振义$山东工业大学（１）现代分析测试方 法，山东工业大学出版，１９９３年４月（２）朱宜等，扫描电镜图象的形成处理和显微分析，北 京大学出版社出版，１９９１年９月（３）［美］Ｊ．１戈尔茨坦等著，张大同译，扫描电子显微 技术与Ｘ射线显微分析，科学出版社出版，１９８８年８月（４）滕志斌等编，新编金属材料手册 ，金盾出版社出版，１９９３年５月（５）ＲｅｅｄｓＪＢ．ＥｌｅｃｔｒｏｎＭｉｃｒｏｐｒｏ ｂｅＡｎａｌｙｓｉｓ，３１０（６）ＩｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｓＪＸＡ－８４０Ｓｃａｎｎｉｎ ｇＭｉｃｒａｓｅｏｐｅＪＥＯＬ手册，金盾出版社出版，１９９３年５月（５）ＲｅｅｄｓＪＢ ．ＥｌｅｃｔｒｏｎＭｉｃｒｏｐｒｏｂｅＡｎａｌｙｓｉｓ，３１０（６）Ｉｎｓｔｒｕｃｔｉ ｏｎｓＪＸＡ－８４０ＳｃａｎｎｉｎｇＭｉｃｒａｓｅｏｐｅＪＥＯＬ黄金首饰的鉴定（
X射线 能谱仪应用之一）@侯绪荣，曹丽敏，费振义$山东工业大学（１）现代分析测试方法，山东工业 大学出版，１９９３年４月（２）朱宜等，扫描电镜图象的形成处理和显微分析，北京大学出版社 出版，１９９１年９月（３）［美］Ｊ．１戈尔茨坦等著，张大同译，扫描电子显微技术与Ｘ射线 显微分析，科学出版社出版，１９８８年８月（４）滕志斌等编，新编金属材料手册，金盾出版社出版，１９９３年５月（５）ＲｅｅｄｓＪＢ．ＥｌｅｃｔｒｏｎＭｉｃｒｏｐｒｏｂｅＡｎａｌｙｓｉｓ，３１０（６）ＩｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｓＪＸＡ－８４０ＳｃａｎｎｉｎｇＭｉｃｒａｓｅｏｐｅＪＥＯＬ
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