X射线荧光分析: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。它是用加速器(常用
静电加速器)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。
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克(指束点面积为几平方毫米),相对灵敏度可达10~10,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10~10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、Pu、Cd、、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
电子同步加速器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。
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。