自然樣品中的磁性礦物攜帶著豐富的環境演化信息。然而，在自然狀態下,樣品的磁性表現為其中多種磁性礦物的綜合作用結果。為了分離這些磁信息,近年來發展了一種新的巖石磁學方法:一階反轉曲線(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弱,而且還可以幫助區分磁性礦物的種類和磁疇狀態。

近期，意大利國家地球物理與火山學研究所（INGV）的Aldo Winkler團隊采用磁性和化學生物監測方法，對意大利羅馬帕拉丁山考古區域地衣和葉片進行磁性檢測和化學組分分析，旨在揭示車輛顆粒物對考古區域所產生的潛在影響。作者對2022年7月到2023年6月考古區域的葉片和地衣進行取樣，并通過磁感應強度、磁滯回線和FORC測量相結合的綜合測量方案對樣品的磁特性進行全面表征，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考古區域的影響。研究結果表明，車輛排放的痕量元素（如鋇和銻）有關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出明顯的相關性。此外，研究還發現地衣相較于樹葉在空氣中可吸入顆粒物的生物監測器方面具有更高的有效性，且這種有效性與植物種類無關。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》為題發表在Science of the Total Environment 上^[1]。

圖1  意大利羅馬帕拉丁山考古區域地衣、葉片樣品與室內地衣、葉片

一階反轉曲線（FORC）2D顯示對比圖

本文中，作者使用了美國低溫設備制造商Lake Shore Cryotronics, Ltd.全新推出的8600系列振動樣品磁強計，對該考古區及室內葉片和地衣樣品進行了表征。通過FORC測量模式，分析了不同樣品中化學組分，并創新性地運用實時2D圖像技術對測量結果進行了優化，為整個研究工作提供了準確、清晰且直觀的實驗對比數據。

該8600系列振動樣品磁強計是在7400系列VSM成熟的產品設計基礎上研發和創新的。整個8600系列以提高產品性能和用戶體驗為目標，對其各部分的測量元件和操作部件都進行了全新優化升級，在提升靈敏度和磁場分辨率的情況下，還增強了設備的操作性。

一、主機部分

Lakeshore 8600系列VSM

? 更優異的性能

8600系列VSM采用創新設計，在降低測量噪聲的同時還提高了采樣速度。系統具有15 nemu的超高靈敏度、1 mOe的磁場分辨率、自帶10000 Oe/s的超快磁場變化率和高達10ms/pt的數據采集速度，繪制一個完整的磁滯回線只需30秒。

100ms/point 時無樣品背景噪聲測試，噪聲峰值119.5 nemu - 800 nemu（左）；

10s/point 時無樣品背景噪聲測試，噪聲峰值13 nemu - 50 nemu（右）

? 更人性化的操作

8600系列產品升級的另一個核心是設備的可操作性。Lake Shore公司將自研的QuickLIGN™安裝組件內置于該系列產品中，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分鐘內即可完成。

此外，8600系列的VSM磁體內置了ExactGAP™功能，設置了6個可重復的固定間隙，無需進行重新校準。

QuickLIGN™安裝組件	ExactGAP™可重復磁極間隙調整功能

? 更強大的操作軟件

8600系列VSM 配備了全新的測量軟件，界面簡單，只需幾步操作即可實現設置、執行程序、實驗測量和數據處理等功能。軟件包含一個完整的腳本引擎，用戶可以使用提供的標準協議腳本或自行創建腳本，設定自定義實驗條件進行測量。

當與變溫選件(86-OVEN， 86-CRYO， 或86-SSVT)聯用時，該軟件可以自動檢測接入系統的變溫選件，并與集成的705氣體控制器配合使用，從而在4.2 K~1273 K的整個溫區中提供自動化的VSM測量。

系統軟件還具備處理擴展和補償數據、校準退磁和斜率因子、規范樣品質量和體積、從測量數據中修正及扣除襯底數據以及計算及顯示導數曲線等功能，進一步提升了實驗的準確性和效率。

8600系列VSM操作軟件界面

? 一階反轉曲線功能FORC

一階反轉曲線(FORC)是一種新型磁學測量方法，主要適用于測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弱，幫助區分磁性礦物的種類和磁疇轉換。FORC測量需要較高的磁場變化率和數據采集速率，8600系列VSM的標配系統自帶FORC測量功能，可以滿足測量參數的需求。FORC的測量結果還可以通過2D圖像實時顯示，測量結果更直觀。

一階反轉曲線（FORC）測量數據

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設計，軟件可以自動檢測變溫選件的安裝，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，配合振動頭的旋轉功能，可以進行磁性材料各向異性測量表征，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行室溫測量，也可以與變溫選件聯用進行變溫測量。

室溫矢量測量（左）；與SSVT選件聯用的變溫矢量測量（右）

關于 Lake Shore Cryotronics, Ltd.：

美國Lake Shore公司（www.lakeshore。。ｃｏｍ）是溫度和磁場條件下高精度測量和控制解決方案的創新者。主要產品包括低溫探針臺、振動樣品磁強計、霍爾效應測量系統、M81同步源測量系統、Janis系列低溫恒溫器、低溫控溫儀、低溫溫度傳感器、高斯計及霍爾傳感器等。Lake Shore公司一直致力于推動科學發展，其產品解決方案不斷創新，應用領域從物理實驗室到深太空科學探索不斷發展。

參考文獻：

[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