关于X射线荧光分析介绍

[拼音]：X shexian yingguang fenxi

[外文]：X-ray fluorescence analysis

确定物质中微量元素的种类和含量的一种方法。它用外界辐射激发待分析样品中的原子，使原子发出标识X射线（荧光），通过测量这些标识X射线的能量和强度来确定物质中微量元素的种类和含量。根据激发源的不同，可分成带电粒子激发X荧光分析，电磁辐射激发X荧光分析和电子激发X荧光分析。

简称PIXE，它应用的带电粒子可以是质子、α 粒子或重离子，目前使用最多的是质子。质子激发X射线荧光分析的原理和装置如图1和图2所示（见彩图）。它是用加速（常用静电加速产生的几兆电子伏能量的质子束轰击样品，质子使样品中各元素原子的内层电子电离，接着较外层的电子向内层跃迁，同时发射X射线。由于各种元素发射具有特定波长（或能量）的标识X射线，可利用锂漂移硅探测器及能谱分析仪来确定元素的种类。而标识谱线强度可用来确定元素含量。

在PIXE技术中，可以将原始的样品（如金属、粉末、生物组织）直接作为靶进行分析。这样的靶往往是厚靶，它制备方便，但数据处理比较复杂，灵敏度也差。另一种是将样品进行灰化、溶解等处理，然后把它置于一定的衬底膜上，作为靶进行分析。这类靶称为薄靶，可以不考虑质子在靶中的能量损失和X 射线的自吸收，获得及处理数据都比较容易，灵敏度也好。但制靶工艺比较复杂，容易受到环境的污染。

用PIXE方法作元素测定时，通常有绝对测定法和相对测定法之分。对于薄靶，绝对法的计算含量公式为

，

式中Wj、Nj、Aj、σXj分别为第 j个元素的含量、特征峰计数、原子量、标识X射线的产生截面，Ω 为探头的立体角，εj为探测器对第j个元素的X射线的探测效率，N0为阿伏伽德罗常数，n0为射到靶上的单位面积中的质子数，t为X射线从靶中穿出的透射率。这方法在实际使用时较困难，因实验条件的变化、参量的不稳定都影响测量结果。工作中往往用相对测定法，其中以内标法用得最多。它是将已知量的元素放入靶中作为标准，通过同已知内标相比较来确定待测元素含量。测量数据的处理是质子X荧光分析工作中的一个重要环节。现都采用计算机在线分析。

PIXE方法绝对灵敏度高，绝对探测极限可达10-12克(指束点面积为几平方毫米)，相对灵敏度可达10-7～10-5，因此取样量少；这种方法的元素分辨本领好，可进行多元素同时分析，甚至可不破坏样品，适合于对珍贵稀缺的考古样品、生物样品和环境样品等的分析。由于采用计算机在线数据处理，分析速度快。一般一个样品的整个分析过程仅需几分钟。如果将质子束聚焦成直径为几微米的细束，并对样品进行逐点测量，可以得到有空间分辨的元素含量分布图，这时探测极限可改善到10-15～10-18克。但是，PIXE方法对于原子序数小于11的元素，因探测器窗吸收等原因，灵敏度很差。

PIXE方法已成为一种有力的分析手段，被广泛地应用于生命科学、环境科学、考古学、法学以及材料科学等方面。

简称EDXRF。电磁辐射激发一般用X射线管或Fe、238Pu、Cd、241、Co等放射性同位素作激发源。这时它的探测极限虽不及PIXE，但制样简便，常常可以直接分析原始样品，而且既能分析低含量样品，又能分析高含量样品，因此应用更为广泛。X射线在物质中的穿透能力较大，故能测量较厚样品中的元素平均含量。当使用放射性同位素作激发源时能够制成便携式的仪器，不仅可用于实验室，还可以用于工厂、野外地质和矿山。当使用电子同步加速或电子储存环发出的高强度偏振辐射作激发源时，探测极限比PIXE好几个数量级。若再使用晶体单色器，还可以制成同步辐射X射线微探针，进行微区分析。

电子激发X荧光分析的轫致辐射本底比PIXE高二个量级以上，因此分析灵敏度低得多。但是，用聚焦的电子束激发样品表面1微米的区域，使产生元素的特征X 射线，可以观察样品表面组成的局部变化。用这种方法能测定合金、矿物、陶瓷等样品中的夹杂物和析出物，决定合金元素的局部富集区等。

参考书目

1. 任炽刚等著：《质子X荧光分析和质子显微镜》，原子能出版社，北京，1981。
2. 张家骅等编著：《放射性同位素X射线荧光分析》，原子能出版社，北京，1981。