质子激发X荧光分析法

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1、质子激发X荧光分析法几年过后，我国发展起来一门核分析新技术——质子激发X荧光分析法，它具有快速、无损伤、多元素、高灵敏度等优点。所谓质子激发X荧光分析法，就是用高能质子束直接轰击被测样品的表面，当被测样品受到高能质子束轰击时，其绕原子核运转的内层电子被打掉，这时外层能量较高的电子就跃迁到能量较低的内层填补空位，并以各种形式将多余的能量释放出来，其中包括一种叫特征X射线的。不同的金属元素发出不同波长的特征x射线。因此，只要是测得被分析样品发出的各种特征X射线的波长，就可以知道这个样品由哪儿种金属元素组成。同时，从测得的各种特征X射线的

2、强度，通过计算便能弄清各种金属元素的含量。一般测定一个部位只要几分钟，而且在被测样品上不留下任何痕迹。X射线荧光分析X射线是1895年被伦琴发现的。后来人们用X射线激发元素时，发现物质可发射特征X射线，奠定了X荧光光谱作为元素成分分析的基础。随着激发源和X射线探测技术的发展，X射线分析已经从原来用X射线管、放射源激发的X荧光分析，发展到70年代用带电粒子激发X射线（简称PIXE），近些年又发展了同步辐射X荧光分析；从用晶体和正比计数器等测量X射线，发展到用半导体探测器测量X射线。特别典型和常用的是质子激发的X射线分析，已经成为一种高

3、灵敏度、非破坏性、多元素定量分析的重要工具，在生物医学、环境保护、考古学等许多研究领域中非常有用。简要地说，PIXE分析是用一定能量的质子、X射线或重离子轰击样品，从样品原子中激发出特征X射线，并用X射线波谱仪或能谱仪测量这些特征X射线的波长或能量，从而判定样品中各元素的种类；由测得的特征X射线的强度，以及电离截面、荧光产额、X射线的吸收等数据，确定样品中各元素的含量。特征X射线产生的先决条件是原子内壳层存在空穴，入射粒子与原子作用产生空穴的几率称为电离截面，它是X射线分析技术中元素定量分析的重要参数，与入射粒子的种类和能量以及靶元

4、素有关。PIXE分析的实验技术比较复杂，涉及到样品制备、实验条件的选择、定量分析和数据处理方法等方面。样品制备是X荧光分析中的一个重要环节。它包括靶衬底材料的选择、采样方法、样品加工和制靶等程序，特别要注意操作过程中预防沾污，以及抗辐照、导电、便于测量等因素。一般选用低本底、抗辐照的有机薄膜做衬底；取样过程所用器具要经严格清洁处理；生物样品要经过粉碎、灰化、酸溶解等不同的手段加工处理；制样时要加入已知浓度的参考元素作为内标元素，以便于作定量分析时相对比较，常用Y、Ag、In等生物样品中不含的元素作内标元素，用聚苯乙烯溶液把样品调匀后

5、滴到有机膜上制成薄靶，同时也制备一些本底靶。为提高X射线分析方法的灵敏度，必须选择最佳的实验条件：如选择质子作为入射粒子，轰击能量一般取1～3MeV，既考虑降低本底，又要尽可能地增大X射线的产生截面；束流强度不能太大；样品也不能太厚，厚样品的修正可能引进误差；另外，探测器应放置在X射线产额较大的方向和位置上。定量分析主要包括X射线能谱分解和元素浓度计算，也涉及到一些实验方法和数据处理方法。实验测得的X射线能谱包含着许多元素的特征X射线谱，还有逃逸峰、康普顿散射峰、特征谱线的重叠峰（如重元素的L和M系谱线与轻元素K系谱线）、高计数率时

6、出现的相加峰等，X射线谱相当复杂，必须用计算机的专门程序对能谱进行分解。选择合适的函数来拟合实验谱，根据最小二乘法原理，把函数中有关参数求出，以确定峰位（对应出K值，可知是何种元素）、半高宽；再对函数积分，求出峰面积（对应此种元素的含量）及标准偏差。X荧光分析技术已广泛地应用于地质、冶金、材料、考古、生物医学、环境科学等许多领域的研究中，可以分析各类样品的常量、微量和痕量元素。PIXE方法由于具有诸多优点，在考古学中应用有无比的优越性，确实起着不可替代的分析作用。复旦大学等单位曾在80年代用PIXE方法分析越王勾践的佩剑而轰动了全国

7、。越王勾践是我国历史上的名人、春秋末年越国君，曾因卧薪尝胆、刻苦图强、反败为胜而垂名青史。此佩剑在地下埋藏了近2500年，于1965年出土。佩剑长64.1厘米、宽5厘米，在黄色剑身上铸有黑色的图案花纹，在剑格上镶嵌着琉璃和绿松石等饰物。此剑虽然长期埋于地下，但仍光彩夺目，非常锋利，堪称国宝。究竟这宝剑是由什么铸造而成的呢？为什么搁置两千多年仍然放出异彩？这是世人特别是考古学家和冶金行业关注的焦点。由于剑身很长，又不能破坏考古文物，很多分析手段显得无能为力。科研人员采用了外束PIXE技术，将加速器产生的质子束通过真空管道，从出射窗引入

8、大气对宝剑进行分析。经过测试和计算，得出了宝剑各部位的元素成分及含量北京大学技术物理系2×1.7MV串列加速器专门配有PIXE分析管线、靶室和测量分析系统，10年来，做了大量有益的分析工作。如在环境分析方面作过若干国家河水中微量元素的