我不是「鑒寶專家」——攜帶型X射線熒光分析儀自述

嗯，上圖是大哥跟我吐槽頻率最高的一個案例，不過，既然說到儀器設備，作為部門最輕便、最年輕有活力的精密儀器，在此，我覺得很有必要發聲並介紹一下自己：各位老師，大家好，我全名叫做「攜帶型·X射線熒光·分析儀」，你們可以叫我「小便」，啊呸，還是叫我小X吧，下圖為我的帥照，頭部微微仰起，飄逸的繫繩承載著我不羈的內心（圖一）。

圖一 攜帶型X射線熒光分析儀照片

我的主要功能是測定物質中元素的種類和含量，大家都知道，物質是由元素組成的，每一種化學元素的原子都有其特定的能級結構，核外電子都以各自特有的能量在各自的固定軌道上運行，當高能X射線轟擊原子，原子內層電子獲得能量脫離原子的束縛，成為自由電子，並在內層電子軌道形成空位，我們說原子被激發了，這時外層軌道的電子便會趁機躍遷填補這一空位，同時產生特徵X射線（即熒光X射線，圖二）。由於每一種元素的原子能級結構是特定的，躍遷時產生的特徵X射線的能量也是固定的（兩軌道電子殼層的能量差），因此通過測定特徵X射線的能量，便可以確定相應元素，而特徵X射線的強弱則代表該元素的含量。基於以上原理，可以知道X射線熒光分析儀的核心結構為激發源和探測器，其中，激發源是激發元素產生特徵X射線的構件，有帶電粒子激發、電磁輻射激發、內轉換現象和核衰變等方式，而最常用的激發源是電磁輻射激發，我就屬於此類，採用的是微型X射線管；探測器是將X射線熒光的能量和強度轉化成一定形狀和數量的電脈衝，實質上就是一個能量→電量的感測器，常用的探測器有正比計數器、閃爍計數器和半導體計數器，本儀器用的是半導體計數器（硅漂移探測器），能量解析度優於前兩者。

圖二 X射線熒光分析原理圖

1. 注意事項

鑒於本儀器採用的是X射線激發，首當其衝的應該是使用過程中的安全問題，看到下面這個圖標沒？「CAUTION RADIATION」，這表明在工作過程中是有輻射的，但不要嚇慌，正確操作的話，不必擔心這個問題，輻射劑量在可控範圍。

當然了，為了你更為了別人的安全，有必要普及一下正確的使用姿勢，實際操作中（江湖救急，請原諒我用友商的照片來當教材）：

2. 使用指南

經本儀器思考再三，還是決定只說「開機」和「測試」，至於數據分析和校準曲線的建立，就不講了，怕應了傳說中那句話：太長不看。

首先是開機，「一日之計在於晨，開機要趁早」，選個合適的時間，找到我臉上的「電源鍵」，長按3秒左右（俗稱「敲門」），當我開燈之後（屏幕亮起時），就可以把你壓我臉的手放開了，這時候，我的大腦開始工作，直至出現讓你輸入密碼的界面，依順序操作，開機就算完成（圖三）。

圖三 開機順序圖解

至於測試，需要指出的是，本儀器自帶合金模式、土壤&礦石模式等，在實際操作過程中，應根據樣品基質選擇測試模式，比如青銅文物應該選擇合金模式里的「常見金屬」，常規土壤樣品就選擇「土壤&礦石模式」下的「土壤」，礦石等可以選擇「土壤&礦石模式」下的「礦石銅/鋅」。 以青銅文物的測試為例，分析樣品前，先在主菜單選擇「樣品類型」，再點擊「金屬」，再選擇「常見金屬」，接著在「分析」界面設置樣品名稱等信息（圖四），就可扣動觸發板機開始測試，鬆開扳機測試結束，當然，每次測試結束後我都會自動保存檢測結果。

圖四 測試流程圖解

如果遇到樣品量較多的情況，你應該鬆開扳機，收拾樣品回實驗室（長時間扣動扳機，你不怕累我都怕把自己搞壞），這時候就要藉助配套的工具和測試軟體進行華麗變身，使用電腦來控制整個檢測流程，解放雙手（圖五）。

圖五 電腦控制檢測分析流程

3. 實踐操作

好了，介紹完「基本原理」「注意事項」和「使用指南」後，大家估計都躍（xīn）躍（lǐ）欲（méi）試（dǐ），也是時候表演真正的技術了。就拿現代菊花一元硬幣、梅花五角硬幣，古代玻璃樣品和青銅文物為例。根據樣品的尺寸、形狀和基質材料，合理選擇測試方式和檢測模式，本次實驗中，硬幣和玻璃樣品尺寸較小，可配合支架、電腦操控，青銅文物尺寸較大，可直接使用儀器檢測（圖六）；硬幣和青桐文物使用「常見金屬」模式，玻璃使用「礦石銅/鋅模式」。測試結果見圖七，可知這幾類物質的元素含量，其中一元硬幣為鋼芯鍍鎳，測試結果顯示硬幣表面鎳含量為96.08%；五角硬幣為銅鋅合金，經測試銅鋅元素總含量97.14%；玻璃樣品顯示硅、鉛、鋇含量高，為鉛鋇玻璃體系；青銅文物測試結果顯示其主量元素為銅、錫。測試結果基本能說明各物質的元素組成特徵。不過，有些情況還是需要指出，本儀器優點主要體現在「便攜」「快速」和「無損檢測」等方面，有得必有失，這就導致分析的精確度受到影響，但也可以做到定性和半定量分析，能對物質主要元素有較為全面的了解（前面的測試結果能說明）。此外，我也可適用不同的環境：即能在實驗室對多種材質文物（基體、鏽蝕產物等）進行分析研究，也可在考古發掘現場發揮作用，幫助老師們了解不明物質的類別，總之一句話，天南海北任你攜，指哪打哪，「精準測試」。

圖六 測試樣品

圖七 樣品測試結果

4. 結語

最後，還是要說一下安全問題，在測試時，要盡量的貼近樣品，盡量選擇平滑的樣品表面，不要測試尖銳物品；停止時鬆開扳機，待指示燈滅燈之後再抬起儀器窗口。好了，啰嗦這麼久，還是容我大哥說幾句吧，看他苦大仇深的樣子，額，喂，大哥，你怎麼了，該不會被我說暈了吧……

參考文獻：

吉昂、陶光儀等：《X射線熒光光譜分析》，北京:科學出版社，2003年，第45-66頁。

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！