宏大的自然界中，眼花繚亂的美景一覽無余，而微觀世界卻深藏著充滿驚奇和神秘的美妙——這里有著千姿百態的絢爛色彩、光怪陸離的紋路和形態，藝術與科學在此交相輝映，揭示出美的真諦。微觀世界充滿了無盡的美，需要借助科學家的方法和特定的儀器，才能揭開這個神秘的維度。
這里的一切美景都隱含著科學和藝術的奧秘，這是一個充滿驚喜和想象力的領域。微觀世界給我們帶來了無數的美妙景象，但我們唯一欠缺的，就是一雙發現這些微觀之美的慧眼！
最近，中國科學院地質與地球物理研究所原江燕工程師憑借其作品《橫看成嶺側成峰》獲得了牛津儀器發現微觀之美結果大賽三等獎。為此，分析測試百科網采訪了原老師，請她來分享微觀世界的奧秘。
中國科學院地質與地球物理研究所高級工程師 原江燕
2020年12月17日，內蒙古四子王旗迎來了一位特殊的“客人”：經過近一個月的太空漫游，嫦娥五號返回器順利著陸。久別重逢，它給地球帶回了一份厚禮——1731克月球樣品，將揭秘月球、地球甚至太陽系的“鑰匙”交到了科研人員手上。這標志著中國首次完成了月球探測的“繞、落、返”三步曲。這些樣品將為科學家們提供珍貴的研究資料，對未來月球資源開發和人類探索深空有著重要的科學價值和戰略意義。
Antpedia：請談談您當前的研究領域和近期的成果進展？
原江燕：我目前著力于“關鍵金屬礦產”和“行星科學”開展技術研發工作。近期，我主要針對嫦娥五號月壤樣品，建立了單顆粒月壤全巖主量成分的快速自動分析技術。
嫦娥五號月壤具有細小、珍貴、顆粒多、成分復雜等特點，平均粒徑不足50微米。獲取如此細小顆粒的全巖成分，是對微束分析技術的一大挑戰。全巖成分常用方法如X射線熒光光譜法、電感耦合等離子體發射光譜法等，這兩類方法都會損耗樣品，因此不能用于珍貴的月壤樣品分析。目前，國際上流行的方法是運用電子探針分析獲取礦物平均成分，面積法統計礦物含量，結合礦物密度計算出月壤的全巖成分。然而，月壤中的輝石和橄欖石普遍發育成分環帶，僅依靠電子探針分析無法準確估計其全巖成分。此外，常規情況下將礦物密度設定為定值，但輝石和橄欖石的成分波動會引起密度變化，也會給全巖成分分析帶來較大誤差。
為此，我們采用掃描電鏡能譜面掃描技術，它具有高效、便捷、高分辨率、無損的優點。然而，這一技術面臨的難點就是，掃描數據量達到百萬級別，無法自動輸出全巖成分，需研發海量成分數據自動處理技術。因此，我們采用大數據分析方法，通過礦物判定法和機器學習法，判定每個掃描點的礦物類型，并以此計算出體積分數、平均成分和礦物的實際密度，從而最終實現全巖成分的自動計算。具體的流程是，我們通過收集的15000條月球礦物數據集和礦物學晶體化學原理設立了礦物判定標準，來判斷每個掃描點的礦物類型。通過每個點的成分結合晶胞參數計算了實際礦物密度。全流程采用python語言，基于礦物判定規則標準和實時密度計算兩個關鍵算法，實現了全巖成分的自動準確計算。經過準確性驗證，我們開發出的全巖成分分析方法的相對誤差在5%以內。與傳統方法相比，該方法只需要1-2小時即可完成分析，而傳統方法需要1-2天的時間。
方法建立之后，我們團隊迅速將其運用于嫦娥五號月壤樣品研究。我們從幾百顆巖屑中挑選了27顆代表性巖屑，準確獲得了嫦娥五號玄武巖的全巖成分，結合一系列巖石學和熱力學模擬計算，成功恢復了嫦娥五號玄武巖的初始巖漿成分。此外，我們還將此結果與阿波羅樣品的初始巖漿進行對比，推算出它們的起源深度和溫度，為更全面地了解這些樣品的性質提供了重要依據。
Antpedia：科學研究離不開科研儀器，日常工作中，您會使用哪些牛津儀器的產品，它們有哪些特點，對您的科研工作有哪些幫助？在使用產品時有哪些技巧與注意點？
原江燕：團隊配備了牛津儀器的EDS-EBSD系統和WITec拉曼成像解決方案，這些多技術的聯用在礦物分析過程中發揮了關鍵作用。牛津儀器的EDS和拉曼系統都表現出極高的定量準確性，對于我們進行全巖成分分析非常有幫助。在能譜分析過程中，每個元素都需要使用適當的標樣進行有標定量。對于拉曼分析，樣品表面的拋光平整度對實驗結果影響很大，因此需要特別注意。
恐龍蛋殼化石是研究恐龍生存環境及繁殖行為等的珍貴樣品。蛋殼截面方解石 (CaCO3) 的取向分布呈現出三種完全不同的狀態，最外層形似一座座山峰。EBSD分析提供了電子圖像和元素分布無法獲得的信息。
Antpedia：恭喜您獲得牛津儀器發現微觀之美結果大賽三等獎，請您談談獲獎感言。您的作品《橫看成嶺側成峰》包含了哪些理念？
原江燕：當我收到牛津儀器發現微觀之美結果大賽的參賽邀請時，恰巧正在為古脊椎所的學生做恐龍蛋殼上方解石的取向分布。我注意到它的形貌非常獨特，看起來像一座座山峰。這讓我想起蘇軾的《題西林壁》：“橫看成嶺側成峰，遠近高低各不同。不識廬山真面目，只緣身在此山中。”
這首詩描繪了我們身處廬山不同位置時看到的景色也不相同，如果要了解真正的風貌，需要全面的看待問題。我的想法是，在做科研時也需要全面看待問題。如果過于主觀或片面，就會得出錯誤的結論。我們必須從多個角度來分析和解釋數據，以確保獲得的結論是準確的。
Antpedia：《橫看成嶺側成峰》這副作品產生的過程中，有哪些有趣的故事可以分享？
原江燕： 地質樣品與材料學樣品有所不同。在材料學中，通常從原材料、合成方法或加工工藝等角度進行分析。我以前從事礦物材料合成研究時，使用過溶膠-凝膠法或高溫水熱法，以獲取不同形貌的樣品。在地質學中，樣品的選擇對于研究結果的好壞至關重要。例如，我們在實驗過程中發現恐龍蛋殼很有趣，于是決定將其作為研究對象。微觀世界中隱藏著許多奇特的美景，而我們恰好發現了其中一個絕妙的圖案。
Antpedia：《橫看成嶺側成峰》的獲獎對您未來的研究有何幫助，您將來研究的側重點是什么？
原江燕：每年，牛津儀器都會舉辦發現微觀之美結果大賽。雖然獲得獎項很讓人興奮，但我認為更重要的是有機會與其他研究人員交流技術。通過這個平臺，我知曉了不同樣品測試所需的特定儀器設備，并能前往其他單位進行檢測分析。
未來，我的研究重點仍將放在關鍵金屬和行星科學方面。關鍵金屬在礦床中常具有“稀”、“伴”、“細”的主要特征，含量極低，礦物類型繁多，獨立礦物小而少，不易被直接觀察到。因此，建立自動識別分類技術將面臨更大的挑戰。在行星科學方面，我們將繼續開發定量技術，為小行星和火星樣品返回做好相應技術儲備。
Antpedia：您覺得當前或者未來哪些技術的進展/儀器功能的開發將有助于推動科研快速發展？
原江燕：我認為可以從以下兩個方面做出改進：硬件和軟件。
首先，雖然現有的儀器硬件已經足以滿足目前的科學研究，但輕元素（如鈹、鋰）的準確定量分析仍然很困難。未來，隨著輕元素分析需求的增加，相關技術的加強將非常有必要。
其次，軟件方面的升級也十分重要。我建議設備供應商提供一個開放的接口，以便地質學、材料學和生物學用戶可以將自己的想法和程序添加到軟件模塊中。這種開放性將極大地改善用戶體驗，提高儀器的實用性和應用范圍。
牛津儀器主辦的顯微分析成果大賽——發現微觀之美活動圍繞“突破技術革新之路，挑戰顯微分析至高極限；盡享科學研究之美，發現科研路上風景獨好”為主題，力求作品既能體現科技創新及表征難度，又兼具配色明快，見之愛之，希望可以通過發現微觀之美大賽活動，推動研究人員對包括能譜、EBSD等顯微表征及分析技術的了解及掌握，鼓勵更多科研人員醉心其中發揮出現有分析設備的極限。