自然樣品中的磁性礦物攜帶著豐富的環(huán)境演化信息。然而，在自然狀態(tài)下,樣品的磁性表現(xiàn)為其中多種磁性礦物的綜合作用結(jié)果。為了分離這些磁信息,近年來發(fā)展了一種新的巖石磁學(xué)方法:一階反轉(zhuǎn)曲線(FORC)圖。該方法不僅可以確定磁性礦物矯頑力的分布和磁性礦物顆粒之間磁相互作用的強(qiáng)弱,而且還可以幫助區(qū)分磁性礦物的種類和磁疇狀態(tài)。

近期，意大利國家地球物理與火山學(xué)研究所（INGV）的Aldo Winkler團(tuán)隊(duì)采用磁性和化學(xué)生物監(jiān)測(cè)方法，對(duì)意大利羅馬帕拉丁山考古區(qū)域地衣和葉片進(jìn)行磁性檢測(cè)和化學(xué)組分分析，旨在揭示車輛顆粒物對(duì)考古區(qū)域所產(chǎn)生的潛在影響。作者對(duì)2022年7月到2023年6月考古區(qū)域的葉片和地衣進(jìn)行取樣，并通過磁感應(yīng)強(qiáng)度、磁滯回線和FORC測(cè)量相結(jié)合的綜合測(cè)量方案對(duì)樣品的磁特性進(jìn)行全面表征，推斷出樣品中的微量元素濃度，并分析出磁體礦狀的顆粒物對(duì)考古區(qū)域的影響。研究結(jié)果表明，車輛排放的痕量元素（如鋇和銻）有關(guān)的磁鐵礦狀顆粒的生物蓄積量隨著與道路縱向距離的增加而減少，而在與地面高度的維度上未表現(xiàn)出明顯的相關(guān)性。此外，研究還發(fā)現(xiàn)地衣相較于樹葉在空氣中可吸入顆粒物的生物監(jiān)測(cè)器方面具有更高的有效性，且這種有效性與植物種類無關(guān)。該成果以《Nature-based solutions for monitoring the impact of vehicular particulate matter and for the preventive conservation of the Palatine Hill archaeological site in Rome, Italy》為題發(fā)表在Science of the Total Environment 上^[1]。

圖1  意大利羅馬帕拉丁山考古區(qū)域地衣、葉片樣品與室內(nèi)地衣、葉片

一階反轉(zhuǎn)曲線（FORC）2D顯示對(duì)比圖

本文中，作者使用了美國低溫設(shè)備制造商Lake Shore Cryotronics, Ltd.全新推出的8600系列振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)，對(duì)該考古區(qū)及室內(nèi)葉片和地衣樣品進(jìn)行了表征。通過FORC測(cè)量模式，分析了不同樣品中化學(xué)組分，并創(chuàng)新性地運(yùn)用實(shí)時(shí)2D圖像技術(shù)對(duì)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行了優(yōu)化，為整個(gè)研究工作提供了準(zhǔn)確、清晰且直觀的實(shí)驗(yàn)對(duì)比數(shù)據(jù)。

該8600系列振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)是在7400系列VSM成熟的產(chǎn)品設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上研發(fā)和創(chuàng)新的。整個(gè)8600系列以提高產(chǎn)品性能和用戶體驗(yàn)為目標(biāo)，對(duì)其各部分的測(cè)量元件和操作部件都進(jìn)行了全新優(yōu)化升級(jí)，在提升靈敏度和磁場(chǎng)分辨率的情況下，還增強(qiáng)了設(shè)備的操作性。

一、主機(jī)部分

Lakeshore 8600系列VSM

? 更優(yōu)異的性能

8600系列VSM采用創(chuàng)新設(shè)計(jì)，在降低測(cè)量噪聲的同時(shí)還提高了采樣速度。系統(tǒng)具有15 nemu的超高靈敏度、1 mOe的磁場(chǎng)分辨率、自帶10000 Oe/s的超快磁場(chǎng)變化率和高達(dá)10ms/pt的數(shù)據(jù)采集速度，繪制一個(gè)完整的磁滯回線只需30秒。

100ms/point 時(shí)無樣品背景噪聲測(cè)試，噪聲峰值119.5 nemu - 800 nemu（左）；

10s/point 時(shí)無樣品背景噪聲測(cè)試，噪聲峰值13 nemu - 50 nemu（右）

? 更人性化的操作

8600系列產(chǎn)品升級(jí)的另一個(gè)核心是設(shè)備的可操作性。Lake Shore公司將自研的QuickLIGN™安裝組件內(nèi)置于該系列產(chǎn)品中，極大地簡化了樣品安裝和更換的流程，單手即可完成操作。同樣，QuickLIGN™安裝組件與8600系列VSM的所有變溫選件兼容，使得安裝和配置溫度選件5分鐘內(nèi)即可完成。

此外，8600系列的VSM磁體內(nèi)置了ExactGAP™功能，設(shè)置了6個(gè)可重復(fù)的固定間隙，無需進(jìn)行重新校準(zhǔn)。

QuickLIGN™安裝組件	ExactGAP™可重復(fù)磁極間隙調(diào)整功能

? 更強(qiáng)大的操作軟件

8600系列VSM 配備了全新的測(cè)量軟件，界面簡單，只需幾步操作即可實(shí)現(xiàn)設(shè)置、執(zhí)行程序、實(shí)驗(yàn)測(cè)量和數(shù)據(jù)處理等功能。軟件包含一個(gè)完整的腳本引擎，用戶可以使用提供的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議腳本或自行創(chuàng)建腳本，設(shè)定自定義實(shí)驗(yàn)條件進(jìn)行測(cè)量。

當(dāng)與變溫選件(86-OVEN， 86-CRYO， 或86-SSVT)聯(lián)用時(shí)，該軟件可以自動(dòng)檢測(cè)接入系統(tǒng)的變溫選件，并與集成的705氣體控制器配合使用，從而在4.2 K~1273 K的整個(gè)溫區(qū)中提供自動(dòng)化的VSM測(cè)量。

系統(tǒng)軟件還具備處理擴(kuò)展和補(bǔ)償數(shù)據(jù)、校準(zhǔn)退磁和斜率因子、規(guī)范樣品質(zhì)量和體積、從測(cè)量數(shù)據(jù)中修正及扣除襯底數(shù)據(jù)以及計(jì)算及顯示導(dǎo)數(shù)曲線等功能，進(jìn)一步提升了實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性和效率。

8600系列VSM操作軟件界面

? 一階反轉(zhuǎn)曲線功能FORC

一階反轉(zhuǎn)曲線(FORC)是一種新型磁學(xué)測(cè)量方法，主要適用于測(cè)量含有諸多磁性礦物的自然樣品，確定磁性礦物矯頑力的分布以及磁性礦物顆粒之間磁相互作用的強(qiáng)弱，幫助區(qū)分磁性礦物的種類和磁疇轉(zhuǎn)換。FORC測(cè)量需要較高的磁場(chǎng)變化率和數(shù)據(jù)采集速率，8600系列VSM的標(biāo)配系統(tǒng)自帶FORC測(cè)量功能，可以滿足測(cè)量參數(shù)的需求。FORC的測(cè)量結(jié)果還可以通過2D圖像實(shí)時(shí)顯示，測(cè)量結(jié)果更直觀。

一階反轉(zhuǎn)曲線（FORC）測(cè)量數(shù)據(jù)

二、 變溫選件

Lakeshore的8600系列VSM配備了三種不同的變溫選件：SSVT一體化變溫選件、CRYO低溫恒溫器選件和Oven高溫選件，以滿足不同的溫度需求。變溫選件采用GlideLOCKTM設(shè)計(jì)，軟件可以自動(dòng)檢測(cè)變溫選件的安裝，操作十分簡便。

GlideLOCKTM變溫選件和溫度控制器

Lakeshore VSM變溫選件溫度范圍

SSVT一體化變溫選件：100 - 950K（左）；低溫恒溫器變溫選件 4.2-450K（中）Oven高溫爐選件：303-1273K（右）

三、矢量線圈組件

Lakeshore 8600系列VSM同樣提供了矢量線圈組件，配合振動(dòng)頭的旋轉(zhuǎn)功能，可以進(jìn)行磁性材料各向異性測(cè)量表征，從而確定其矢量磁化分量和電感張量。矢量線圈組件可以進(jìn)行室溫測(cè)量，也可以與變溫選件聯(lián)用進(jìn)行變溫測(cè)量。

室溫矢量測(cè)量（左）；與SSVT選件聯(lián)用的變溫矢量測(cè)量（右）

關(guān)于 Lake Shore Cryotronics, Ltd.：

美國Lake Shore公司（www.lakeshore。。ｃｏｍ）是溫度和磁場(chǎng)條件下高精度測(cè)量和控制解決方案的創(chuàng)新者。主要產(chǎn)品包括低溫探針臺(tái)、振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)、霍爾效應(yīng)測(cè)量系統(tǒng)、M81同步源測(cè)量系統(tǒng)、Janis系列低溫恒溫器、低溫控溫儀、低溫溫度傳感器、高斯計(jì)及霍爾傳感器等。Lake Shore公司一直致力于推動(dòng)科學(xué)發(fā)展，其產(chǎn)品解決方案不斷創(chuàng)新，應(yīng)用領(lǐng)域從物理實(shí)驗(yàn)室到深太空科學(xué)探索不斷發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]. Lisa Grifoni.et al. Nature-based solutions for monitoring the impact of vehicular particulate matter and for the preventive conservation of the Palatine Hill archaeological site in Rome, Italy. Science of the Total Environment 946 (2024) 174358