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流体包裹体激光拉曼光谱分析原理、方法、存在的问题及未来研究方向
激光拉曼光谱技术应用于流体包裹体已有30多年的历史,由于该技术可以实现对单个包裹体非破坏性分析,并可定量获取包裹体中成分含量,因而受到广大流体包裹体研究者的青睐。尽管国内外已有大量关于流体包裹体激光拉曼光谱分析的研究文章和数据报道,但目前仍有一些研究者和分析测试人员对数据的准确性和可靠性不够了解,甚至在发表文章报道时出现错误的解释。笔者等根据多年的实验分析和研究经历,介绍了激光拉曼光谱技术分析的基本原理和方法,并提出几个有关流体包裹体激光拉曼光谱分析的关键问题与广大同行探讨,同时指出了该技术今后的研究和发展方向。
1 流体包裹体激光拉曼光谱分析技术研究历史回顾
Rosasco等(1975)最早发表了天然流体包裹体的拉曼分析结果,接下来是Rosasco和Roedder(1979)及Dhamelincourt等(1979)人的报道,随后Beny等(1982)和Touray等(1985)分别发表了关于流体系统和拉曼光谱分析方法更全面的研究成果。这些报道不仅指出了这种新方法在流体包裹体分析的可能性,也为用有效截面积进行流体包裹体定量分析指明了道路。Schr¨otter和Kl¨ocner(1979)的文章对流体组成的截面积进行了讨论,尽管地球科学的拉曼分析工作者经历了10多年才完全理解它的内容,但这篇文章却是显微拉曼光谱技术发展历程上的一个重大突破(Dubessy等,1999)。最初将拉曼光谱仪应用于流体包裹体是Pasteris等(1986)以及Burke和Lustenhouwer(1987)。Wopenka和Pasteris(1986,1987)、Seitz等(1987),特别是Pasteris等(1988)系统地讨论了仪器的局限性和最优分析条件。在流体包裹体显微拉曼光谱定量分析技术尝试初期最具有纪念意义的工作是Kerkhof(1988)关于CO2—CH4—N2体系的研究,同时也包括Dubessy等(1989)的评述,这篇评述包括讨论和对C—O—H—N—S流体分析的必要校正。
在国内,黄伟林等(1990) 、徐培苍等(1996)较早报道利用U21000型激光拉曼光谱仪进行了流体包裹体分析,并对定量分析方法进行了较详细的讨论。近年来国内一些学者也曾对流体包裹体拉曼光谱分析技术研究进展作过一些评述(陈晋阳等,2002;陈勇等,2007) ,此外还有大量流体包裹体拉曼光谱分析的数据报道。
2 拉曼光谱分析基本原理
2. 1 拉曼光谱产生原理
早在1923年,:光通过介质时,由于它们之间的相互作用,可以观测到光频率发生变化,相位也发生无规律的变化。而1928年,,这就是最早发现的拉曼现象。为纪念印度物理学家Raman,这种现象就称为Raman散射。当一束频率为υ0的单色光照射到物质(固体、气体、液体)上时,一部分被透射,一部分被反射,还有一部分向四周散射。在散射光中,除了与入射光频率υ0相同的光外,还包含有一系列频率为υ0±Δυi的光,这部分频率有变化的光就是拉曼散射光(其中Δυi即为拉曼位移)。根据量子理论,频率为υ0的入射单色光,可看作是具有能量hυ0的光子。当光子与物质分子碰撞