倫琴實驗室

一、石棉簡介

石棉并不是單一礦物，而是一類天然纖維狀硅酸鹽礦物的統稱。常見監管對象主要包括六種：溫石棉、青石棉、鐵石棉、直閃石石棉、透閃石石棉和陽起石石棉。

其中，溫石棉屬于蛇紋石類石棉；青石棉、鐵石棉、直閃石石棉、透閃石石棉和陽起石石棉屬于角閃石類石棉。

由于石棉具有耐高溫、耐腐蝕、隔熱、絕緣、耐磨等性能，曾被廣泛應用于建筑材料、保溫材料、密封材料、摩擦材料、涂料、船舶材料、礦物填料等領域。但石棉纖維一旦釋放并被人體吸入，可能帶來嚴重職業健康風險。因此，在材料合規、舊建筑拆改、船舶維修、涂料檢測、化妝品滑石粉安全評價以及礦物原料篩查等場景中，石棉檢測具有重要意義。

在現有石棉檢測技術體系中，XRD、XRM 與 SEM 是三類非常關鍵的分析手段。

XRD 主要解決“樣品中是否存在石棉相關礦物相"的問題；SEM 則主要解決“可疑顆粒是否具有纖維狀形貌"的問題。如果結合 EDS 能譜，還可以進一步判斷可疑纖維的元素組成是否與目標石棉礦物一致，同時對于石棉的空間形貌可以用3D X射線顯微鏡（nano-CT）進行纖維立體形貌、長度、直徑等方面的分析。

二、石棉檢測的綜合性

石棉檢測的復雜性在于，它同時涉及礦物成分、晶體結構、纖維形貌和元素組成。

從礦物學角度看，溫石棉、透閃石、陽起石、青石棉、鐵石棉和直閃石都對應特定礦物或礦物族。不同礦物具有不同晶體結構，因此可以通過 XRD 衍射峰進行識別。

從形貌學角度看，并不是所有蛇紋石、透閃石或陽起石都一定屬于石棉。監管意義上的石棉通常強調纖維狀形態，尤其是能夠分散、釋放并被吸入的細長纖維。因此，XRD 檢出某種礦物相后，還需要結合顯微技術確認其形貌特征。

從元素組成角度看，不同石棉礦物含有不同元素組合。例如，溫石棉主要含 Mg、Si、O；透閃石和陽起石通常含 Ca、Mg、Fe、Si、O；青石棉和鐵石棉的 Fe、Na、Mg 等元素特征也存在差異。SEM-EDS 可以為礦物歸屬提供微區成分證據。

從石棉的形貌來說，SEM只是平面圖像，若要知道完整的空間形貌，還需要XRM設備的輔助，尤其是XRM的檢測環境為無損測試，不需要額外制備樣品，可直接得到石棉的立體形貌、長度、直徑等方面的分析。

因此，石棉檢測不是簡單地回答“有沒有一個峰"，也不是只看“像不像纖維"，而是要綜合回答三個問題：

1、樣品中是否存在石棉相關礦物相？

2、可疑顆粒是否呈纖維狀、束狀、針狀或可劈裂纖維形貌？

3、可疑纖維的元素組成是否與目標石棉礦物相匹配？

XRD、SEM 和 XRM 的聯用，正是為了同時覆蓋這三個問題。

三、相關標準中 XRD 和 SEM 的應用定位

在制品、涂料、船舶涂料、化妝品和礦物原料等石棉檢測場景中，XRD 常被用于礦物相識別和含量分析。

對于建筑材料、摩擦材料、密封材料、保溫材料、非金屬礦物等樣品，XRD 可以識別其中是否存在溫石棉、透閃石、陽起石、青石棉、鐵石棉、直閃石等石棉相關礦物相。

對于涂料樣品，樣品中常含樹脂、有機助劑和無機填料。經過合適前處理后，XRD 可以分析涂料灰分中的礦物組成，用于篩查是否存在石棉相關礦物。

對于化妝品，尤其是含滑石粉類產品，XRD 可用于識別滑石中是否伴生透閃石、陽起石、溫石棉等可疑礦物。SEM-EDS 則用于觀察纖維形貌和確認元素組成。

需要說明的是，XRD 的主要優勢是晶體礦物識別，而不是直接觀察纖維形貌。SEM 的主要優勢是微觀形貌觀察，而不是整體礦物定量。因此，在石棉檢測中，二者是互補關系，而不是替代關系。但對于XRM部分的描述較少，但從測試角度來說，結合XRM的空間數據可以進一步確定石棉纖維形貌的特征，以及長度、直徑等方面的信息，充分佐證是那種石棉。

四、六種石棉樣品 XRD和SEM特征現象

XRD 測試的目的，是建立六種石棉樣品的衍射圖譜特征，并比較蛇紋石類石棉與角閃石類石棉之間的礦物相差異。

圖1、六種石棉樣品 XRD 疊加譜圖

在實際檢測中，不能只依賴單一峰位判斷石棉。尤其是在滑石、蛇紋石、綠泥石、云母、角閃石、碳酸鹽、石英等礦物共存的復雜體系中，峰重疊十分常見。此時需要結合多個特征峰、數據庫檢索、標準樣品對比、樣品前處理和顯微結果進行綜合判斷。

圖 2：六種石棉樣品 SEM 形貌總覽圖，首行從左到右分別為青石棉，溫石棉，直閃石石棉，第二行從左到右分別為鐵石棉，陽起石石棉，透閃石石棉。

1. 青石棉 Crocidolite，屬于角閃石類石棉。

圖2青石棉XRD圖，特征峰為10.632°

從 SEM 圖像可以看到，樣品主要由大量細長、較直的纖維狀顆粒組成，纖維之間相互交織，形成明顯的網狀或束狀結構。在 5000× 圖像中，單根纖維和纖維束的線狀特征更加清楚，整體表現出角閃石類石棉常見的直線狀、針狀纖維形貌。

圖3 青石棉 SEM 圖像

圖4 青石棉元素mapping圖

2. 溫石棉 Chrysotile，也稱白石棉，是六類石棉中只屬于蛇紋石類的石棉。

圖5溫石棉XRD圖，特征峰為12.140°

從 SEM 圖像可以看到，與角閃石類石棉差異明顯。樣品整體呈較柔曲、絮狀、片束狀或纖維集合體形貌，局部可見細密纖維束和卷曲狀結構。與青石棉、鐵石棉等較直的針狀纖維相比，溫石棉的形貌更柔軟、更彎曲。

圖6 、Sample 2 溫石棉 SEM 圖像

圖7 溫石棉元素mapping圖

3. Sample 3：直閃石石棉 Anthophyllite，為直閃石石棉，屬于角閃石類石棉。

圖8 直閃石石棉XRD圖，特征峰為10.786°

從 SEM 圖像可以看到，樣品中存在較粗的柱狀、板條狀和針狀顆粒，局部可見纖維束或劈裂狀結構。與青石棉的細長密集纖維相比，Sample 3 的顆粒形態相對更粗，部分顆粒表現出角閃石類礦物常見的解理和柱狀形貌。

圖 9：Sample 3 直閃石石棉 SEM 圖像

圖10 直閃石石棉元素mapping圖

4.Sample 4：Amosite為鐵石棉，也稱褐石棉，屬于角閃石類石棉。

圖11鐵石棉XRD圖，特征峰為10.667°

從 SEM 圖像可以看到，樣品主要由較直的長柱狀、針狀或纖維狀顆粒組成，纖維剛直感較強，局部可見纖維束交叉堆疊。高倍圖像中，顆粒邊界清楚，具有典型角閃石類石棉的直線狀纖維特征。

圖12、 鐵石棉 SEM 圖像

圖13、 鐵石棉元素mapping圖

5.Actinolite 為陽起石石棉，屬于 Ca-Mg-Fe 角閃石類石棉。

圖14、 陽起石石棉XRD圖，特征峰為10.573°

從 SEM 圖像可以看到，樣品由大量細長、較直的針狀或纖維狀顆粒組成，纖維交錯排列，部分區域呈束狀集合。整體形貌上與透閃石石棉較為接近，均表現出 Ca 角閃石類礦物的針狀、纖維狀特征。

圖15 、陽起石石棉 SEM 圖像

圖16、 陽起石石棉元素mapping圖

6. Tremolite為透閃石石棉，屬于 Ca-Mg 角閃石類石棉。

圖17、透閃石石棉XRD圖，特征峰為10.579°

從 SEM 圖像可以看到，樣品中存在大量針狀、纖維狀顆粒，同時可見較粗的條狀或柱狀顆粒。局部纖維呈平行排列或束狀聚集，具有典型角閃石類石棉的直線型形貌特征。

圖18、 透閃石石棉 SEM 圖像

圖19、透閃石石棉元素mapping圖

五、石棉定量方法 

固體材料測質量百分比：PLM 定性 + XRD 標準曲線法定量（GB/T23263），是目前國內檢測報告通用方案；空氣環境測石棉暴露：相襯顯微鏡纖維計數定量，結果為纖維濃度，不是質量含量；所有顯微鏡方法大多承擔定性 / 半定量，XRD 是制品石棉標準化定量重要方法，主要以標準曲線法為主。以鐵石棉和直閃石石棉為例

六、小結

石棉檢測不是單一技術能夠覆蓋的問題。XRD 能夠回答“樣品中是否存在石棉相關礦物相"，SEM 能夠回答“可疑顆粒是否具有纖維狀形貌"，EDS 能夠回答“元素組成是否與目標礦物相匹配"。

本次六種石棉樣品的 XRD 和 SEM 測試表明，XRD 可以清晰展示不同石棉礦物之間的衍射峰差異，SEM 則可以進一步驗證樣品的纖維形貌特征。二者聯用，可以為制品、涂料、船舶材料、化妝品滑石粉、礦物原料等場景中的石棉檢測提供更加完整的分析依據。

在下篇文章中，我們將進一步引入XRM（納米 CT） 技術，對六種石棉樣品進行三維無損成像。與 XRD 和 SEM 不同，納米 CT 不只關注礦物相和二維表面形貌，還可以從三維空間中觀察纖維束、團聚結構、孔隙關系和內部結構，為石棉樣品的形貌分析提供新的視角。

七、測試設備（XRD）