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              • 術優勢

              X熒光射線

              基本理論
              眾所周知,X射線在醫療診斷領域得到了廣泛應用,其實,它同時也奠定了諸多功能強大的分析測試技術的基礎,包括X射線螢光(XRF)光譜分析技術。
              XRF光譜分析技術可用于確認物質里的特定元素, 同時將其量化。它可以根據X射線的發射波長(λ)及能量(E)確定具體元素,而通過測量相應射線的密度來確定此元素的量。如此一來,XRF度普術就能測定物質的元素構成。

              每一個原子都有自己固定數量的電子(負電微粒)運行在核子周圍的軌道上。而且其電子的數量等同于核子中的質子(正電微粒)數量。從元素周期表中的原子數我們則可以得知質子的數目。每一個原子數都對應固定的元素名稱, 例如鐵,元素名是Fe,原子數是26。 能量色散X螢光與波長色散X螢光光譜分析技術特別研究與應用了最里層三個電子軌道即K,L,M上的活動情況,其中K軌道最為接近核子,每個電子軌道則對應某元素一個個特定的能量層(如圖1.2)。

              在XRF分析法中,從X光發射管里放射出來的高能初級射線光子會撞擊樣本元素。這些初級光子含有足夠的能量可以將最里層即K層或L層的電子撞擊脫軌。這時,原子變成了不穩定的離子。由于電子本能會尋求穩定,外層L層或M層的電子會進入彌補內層的空間。在這些電子從外層進入內層的過程中,它們會釋放出能量,我們稱之為二次X射線光子。而整個過程則稱為螢光輻射。每種元素的二次射線都各有特征。而X射線光子螢光輻射產生的能量是由電子轉換過程中內層和外層之間的能量差決定的。
              這個關系用公式表示為:

              其中h是普朗克常數,c代表光速,而λ是具體光子的波長。
              波長和能量成反比,因元素不同而不同。例如, 鐵原子Fe的Kα能量大約是6.4千電子伏。特定元素在一定時間內所放射出來的X射線的數量或者密度,能夠用來衡量這種元素的數量。典型的XRF能量分布光譜顯示了不同能量時光子密度的分布情況。

              元素分析
              諸多元素分析人員都會選擇XRF光譜分析技術,因為它可以在PPM到100%的濃度變化范圍中確定元素成分并將其量化。 而且,它基本上不要求樣本準備工作,也不會破壞樣品, 徹底分析樣品得到測試結果的過程也非常短。 所有這些優點使得X螢光光譜分析技術與其它的元素分析技術相比大大地降低了樣品分析的單位成本。
              比如說,濕化學元素分析技術不僅因為使用到濃縮酸或其他危險物質而具有破壞性,而且樣本的準備工作也相對耗時。 分析過程除毀掉樣本外,還會產生一些廢棄的危害性液體等待安全處理。 具體講,這種技術常常需要20多分鐘甚至幾個小時的樣本準備與分析時間。 這難免會導致單位樣本分析的相對高昂費用。 然而,在PPB或更低濃度的分析中,濕化學儀器分析技術還是得到了廣泛的應用。
              當然,任何的元素分析技術在應用時都會存在化學或物理的缺陷,所有應該不斷的修正補充,以得到準確的分析結果。 大部分濕化學儀器元素分析技術的發展存在三個障礙:過分具體而復雜的樣本準備過程,儀器的發展步伐以及系統軟體中數學計算的更正難度。 而X螢光分析技術起初主要面對的則是如何處理基質效應——物質的其他元素會影響到目的元素的分析結果。鑒于問題的普遍性與突出性,研究人員經記錄分析已經通過儀器應用的不斷發展與系統軟體中數學計算的修正找到了簡易而快速的解決辦法。 有些時候,樣品的形狀結構也有可能會影響到X螢光分析的結果,但是也可以通過加工使之變得平滑或變成玻璃球狀等手段加以解決。
              用X螢光光譜分析技術進行定量測試,主要采用的是實驗的方法或基本參數的數學分析方法(FP),其中實驗的方法指的是采用與未知量性質類似的標準進行校準曲線的分析。 而FP更加常用,因為它不需要任何標準或校準曲線就可以進行元素分析。 這樣的話,分析人員就可以立即使用分析系統,而沒有必要花時間為不同的元素成分建立各自的校準曲線。 隨著現代電腦性能提升與應用,FP數學分析還可以通過參照已知物質的元素庫簡便而快速地確定未知物質的元素組成,甚至還能徹底識別此物質。


              能量彌散X射線螢光光譜分析技術

              Innov-X Systems 選擇能量彌散X射線螢光(EDXRF)光譜分析技術主要基于兩點:一是其簡便性,二是它非常適用于現場手持測試。 每個EDXRF光譜分析系統通常包含三個主要部分: 激發源、一臺光譜儀或檢測器以及一個資料收集或處理器。與波長色散X射線螢光光譜分析系統相比,EDXRF光譜分析系統具有以下特點:操作簡單、分析進程迅速、購買價格較低而且長期維護費用更是理想。這些都使它在當今世界范圍內得到了更廣泛的應用。攜帶型EDXRF光譜分析儀可自由移動進行樣品測試,而不再像以前那樣必須把樣品移到分析儀工作處而且還得想法使樣品滿足分析條件。在21世紀,其應用會涉及到越來越多的領域,例如偵察破案、分析合金、檢測污染、輔助歷史研究、尋找大型殺傷性武器 、維護藝術珍品等元素分析相關方面。

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