X射線熒光光譜法的應用和發展前景

段鶴陽，潘俊帆(南華大學，湖南 衡陽 421000)

0 引言

X射線熒光光譜法的發展歷史最早可以追溯到1895年，德國物理學家威廉·康拉德·倫琴在當年的11月份第一次觀察并發現出了X射線，所以X射線在世界許多國家被稱為倫琴射線。隨后在1923年時，相關科研人員利用X射線發現了一些較為新奇的化學元素，開啟了X光譜射線進行元素定量分析的趨勢，因那時的資源條件有限，不能進行大規模運用，但是伴隨科技的不斷進步，在1948年時，美國就已經研發出了X射線光譜儀，直至1965年作用于X射線探測的儀器正式誕生，X射線熒光光譜法也隨著進行發展。X射線熒光光譜法因科學的進步逐漸衍生處理X射線熒光光譜儀，而且還具備了十分強悍的性能，現如今，X射線熒光光譜法已經在科學研發方面廣泛運用，而且涉及領域眾多。

1 X射線熒光光譜法的基本原理

X射線熒光光譜法的基本原理是基態原子(一般蒸汽狀態)吸收合適的特定頻率的輻射而被激發至高能態，而后激發過程中以光輻射的形態發射出特征波長的熒光，測量待測元素的原子蒸汽在一定波長的輻射能激發下發射的熒光強度進行定量分析的方法[1]。而原子熒光的波長在紫外、可見光區和氣態自由原子吸收特征波長的輻射后，原子的外層電子從基態或低能態躍到高能態，大概需要經過8～10 s，又躍遷到基態或低能態，同一時間發射出熒光。如果原子熒光的波長和吸收線波長相同則被稱之為共振熒光，如果不同，那么就會稱之為非共振熒光[2]。共振熒光強度大，分析中應用最多，在特定的條件下，共振熒光強度和樣品中的某種元素濃度成正比，這種方法的優勢在于靈敏度相對較高，而且譜線也比較簡單，在低濃度時校準曲線的線性范圍寬可達到3～5個數量級，尤其是使用激光做激發光源時效果更佳。

2 X射線熒光光譜法的特點

正常情況下，因其自身的特殊優勢，X射線熒光光譜法會作為物質成分分析的主要方式。X射線熒光光譜法不會因受到化學方面的影響而被左右，將X射線熒光光譜法和原子發射光譜法進行比較，除氫元素之外，X射線熒光光譜法可以比較容易的進行定量分析的矯正，可以克服基體吸收和增加效應，所以，譜線較為簡單，受到的干擾也相對較少[3]。從另一角度來講，X射線熒光光譜法不存在連續X射線光譜，與原級X射線發射光譜法相比，以散射線為主構成的擁有本底強度小的特征，譜峰和本底的對比表現出了較高的靈敏度，而且操作也相對簡單，能夠適應各種固態及液態樣品的檢測，可以更好的完成自動化的分析過程。而且樣品的擊發過程中能夠保持本性特征，強度測量有較好的再現性，更加適合無損分析的方式。

3 X射線熒光光譜法的應用

3.1 物質成分分析方法

物質成分分析的方法多種多樣，但只有定型和半定量分析符合野外和實際分析的條件，而且使用便攜式X射線熒光分析儀就可以達到規定的要求。定量分析主要包含了實驗校正法以及數學校正法，在以往的發展歷程中，定量分析大多運用在構成比較簡潔的物料方面的數學校正法，因其發展遲緩，實驗校正法在市場中被大規模運用。在后續的發展中，自動化儀器及計算機化程度幫助了X射線熒光光譜分析方式發展，開始廣泛使用數學校正法，該方法不僅能夠分析大量不同的對象，還可以進行有效計算，更正不同原因對分析結果形成的影響。除此之外，還有許多方法也都具備快速、簡單的特征，并且是擁有更高精確度分析的技術。

3.2 X射線熒光光譜法在地質分析中的應用

由于當前的分析儀器以及技術的發展迅速，X射線熒光光譜法逐漸在各個領域中廣泛應用，從地球科學理論下，可以獲得準確的實驗數據和相關參數，能夠解答較為繁雜的地質現象?，F如今，X射線熒光光譜法的分析技術已經相對成熟，對分析元素的結果也更加精準，靈敏度也符合地質樣品的分析條件。

3.2.1 在區域地球化學調查樣品化學分析中的應用

以往的地質分析工作通常會使用濕化學方法去分析地質樣品的元素成分，這種方法的分析速度太慢，而且溶解和分離的過程非常容易出現意外的偏差，不適合分析大量的樣品。X射線熒光光譜法與之比較有著分析速度快以及偏差無損的優勢。X射線熒光光譜法現運用在我國各個地區的地球化學勘察、水系沉積物區域化探以及區域化探樣品的分析和測試。而且區域地球化學調查樣品分析方法的工作已經大規模開展，這種完備的X射線熒光光譜主要測定元素為主結合多種測定方式的化探樣品分析計劃產生了較好的效果，而X射線熒光光譜法更是當前分析地質樣品的主要方式。

3.2.2 在巖石礦物中主、次量元素測定方面的應用

在分析巖石礦物中主、微量元素時，不宜實行過于繁瑣的處理流程，環節越多，樣品就會更容易受到污染?？梢赃\用X射線熒光光譜法去聯合化學的分析方式，能夠使實驗的分析過程得到縮減和簡潔[4]。相關專家對X射線熒光光譜分析的熔融制樣進行了概括。其中涵蓋了氧化劑、鐵合金以及石墨材料等樣品熔融制備玻璃片的方式。而且在硅酸鹽的全巖分析中運用了偏硼酸鋰，使用熔融制樣的方法，用X射線熒光光譜法去測定硅酸鹽這種類型樣品中的元素，運用理論α系數-康普頓三射線作內標，校正元素間的吸收-增加效應，得出的分析結果精確程度能夠和化學法進行比較。在分析礦石樣品方面，相關專家表示使用X射線熒光光譜法測定鐵礦石中全鐵元素的研究取得了進展，在比較標準樣品的選擇及制備、助溶劑組成對樣品制備的影響和損耗對分析結果的影響。還有相關專家在波長色散X射線熒光光譜分析時，運用粉末壓片法制樣帶來的礦物效應進行了校正研究。相關專家主要使用兩種方法進行了校正研究，分別是2θ角度校正及譜峰面積校正，將27個國家一級地質標準樣品和4個鐵礦石標準樣品的結果進行對比。與此同時，還使用10種國內鐵礦石標準樣品并使用相同的方法對鐵礦石樣品中的主、次量元素的礦物效應進行校正。從校正結果能夠發現，這兩種方法在對礦物效應校正的過程中能夠對鐵礦石中主要元素的校正曲線進行不同程度的優化，特別是對硫的校正曲線最為明顯。在峰面積法或角度校正法的基礎上使用基體校正系數，除全Fe之外，其他組均能滿足分析的要求，但是，全Fe必須使用其他的措施。使用熔融片制樣，并加入鈷元素作為鐵的內標，使用多數類型的鐵礦標準樣品為校準，理論α系數內標法以及康普敦散射作為內標校正基體效應，然后運用X射線熒光光譜法對鐵等多種元素進行檢測。使用X射線熒光光譜法分析，運用粉末壓片法，并選用資質的鉬含量呈梯度變化的鉬礦石樣品和鉬礦石、鎢礦石、鉛礦石、鋅礦石、銅礦石、鉍礦石等國家標準物質作為校準樣品構建標準的曲線，礦物效應明顯降低，運用經驗系數法消除譜線重疊及基體干擾。對各種元素的測定結果和電感耦合等離子發射光譜法等方法的測量值一致。有關人員使用熔融法對錳礦中的八種成分進行了測定，首先加入了硝酸去破壞錳礦樣品中的有機物進行熔融，并對熔劑、熔融的時間以及加入的硝酸數量進行了最佳選擇。除此之外，使用X射線熒光光譜法測定主、次量元素并聯合化學法的巖石分析方式已經在我國的許多領域大規模運用。而且X射線熒光光譜分析的方法在許多礦物質的分析過程中也發揮出了很大的作用。比如，分析銅礦石以及非金屬礦物均有運用。X射線熒光光譜法自身的分析結果比較穩定，也可以在土壤和水系沉積物等物質的植被中進行了均勻性的檢測試驗，同樣得到了非常廣闊的運用。

4 X射線熒光光譜法的發展前景

雖然X射線熒光光譜法存在問題，但是在物質成分的分析檢測中表現較好。許多新型技術的迅速發展，導致X射線不能進行大規模的使用。在科學儀器的技術改進方面，需要針對傳統的X射線熒光光譜法進行分析，主要包含色散、探測和激發[5]。在色散方面，因各種高科技產品的出現，輕、重元素交替的碳化物多層膜警惕的發展飛快，在衍射效率的提高方面，能夠取得較大的效益應屬輕元素分析。在探測方面，碘化汞警惕探測器也在進行研發，這種探測儀器能夠在室溫環境下進行工作，而且還具備優良能量分辨的能力。所以，需要對分析檢測儀器進行不斷研究，提高分析檢測儀器的應用水平，能夠發揮出巨大的作用，還需要跟隨物理化學中處理方式的改進以及制樣技術的自動化，拓展分析范圍方面，以便更好的開展痕量元素的測定，無論在何種領域都能具有良好的發展前景。

5 結語

綜上所述，X射線熒光光譜法雖然在現在看來還存在著許多的不足，但是相關人員正在對X射線熒光光譜法進行完備，能夠在地質、冶金以及石油等方面進行運用，還能夠對土層以及金屬薄膜的厚度進行分析檢測地研究，運氣靈敏度較高的特點，可以對一些特殊物質進行不間斷的測定，在我國各個地區和領域都得到了大規模的使用，是分析檢測中不可缺少的關鍵技術。