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儀器儀表檢測(cè)中X射線是如何運(yùn)用的？
2017-12-25
什么是X光？X射線是由于原子中的電子在能量相差懸殊的兩個(gè)能級(jí)之間的躍遷而產(chǎn)生的粒子流，是波長(zhǎng)介于紫外線和γ射線 之間的電磁波。其波長(zhǎng)很短約介于0.01~100埃之間。由德國(guó)物理學(xué)家W.K.倫琴于1895年發(fā)現(xiàn)，故又稱(chēng)倫琴射線。
X射線的本質(zhì)和光一樣,是一種電磁輻射,它覆蓋了從0.01nm到10nm的波段范圍,對(duì)應(yīng)的能量范圍從125eV到125keV。通常我們把波長(zhǎng)在0.001nm～0.1nm之間，能量較高的X射線稱(chēng)為硬X射線,；波長(zhǎng)在0.1nm以上，能量較低的的則稱(chēng)為軟X射線。人們所熟知的具有很強(qiáng)穿透力的X射線,僅僅是整個(gè)X射線譜中的一部分。而且并非所有的X射線都具有很強(qiáng)的穿透能力。只有波長(zhǎng)較短的硬X射線才有比較大的穿透深度。對(duì)于較長(zhǎng)波段的軟X射線來(lái)說(shuō),在固體中的穿透深度只有微米量級(jí),在空氣中也不到1mm。軟X射線波長(zhǎng)較長(zhǎng)，能量低，易被物質(zhì)吸收，而硬X射線與之相反。總而言之，X射線的能量越低就越容易被吸收。在一般公共場(chǎng)合、交通樞紐以及醫(yī)院使用的X射線都是能量很低的X射線源，主要采用線掃描或者點(diǎn)掃描成像，鉆石主成分是低原子序數(shù)的碳元素，X-射線能輕易地穿透碳原子。換言之，鉆石對(duì)于X-射線是透明的，而鉆石的仿制品多是由較大原子量的原子組成，如立方氧化鋯原子量是鉆石的6倍多，易吸收X-射線。這一特性可用于鉆石和仿制品的鑒別，也就是說(shuō)其實(shí)真鉆在X射線下是基本不成像的。一個(gè)很直觀的例子，人體骨骼的主要成分含鈣，鈣具有較高分子量，易吸收X射線，于是醫(yī)院拍片能清晰呈現(xiàn)出骨骼的形貌，但是人體皮膚內(nèi)臟主要是有機(jī)物祖分，為碳?xì)浣M分，因此X射線容易穿透，故無(wú)法成像。
X射線的本質(zhì)和光一樣,是一種電磁輻射,它覆蓋了從0.01nm到10nm的波段范圍,對(duì)應(yīng)的能量范圍從125eV到125keV。通常我們把波長(zhǎng)在0.001nm～0.1nm之間，能量較高的X射線稱(chēng)為硬X射線,；波長(zhǎng)在0.1nm以上，能量較低的的則稱(chēng)為軟X射線。人們所熟知的具有很強(qiáng)穿透力的X射線,僅僅是整個(gè)X射線譜中的一部分。而且并非所有的X射線都具有很強(qiáng)的穿透能力。只有波長(zhǎng)較短的硬X射線才有比較大的穿透深度。對(duì)于較長(zhǎng)波段的軟X射線來(lái)說(shuō),在固體中的穿透深度只有微米量級(jí),在空氣中也不到1mm。軟X射線波長(zhǎng)較長(zhǎng)，能量低，易被物質(zhì)吸收，而硬X射線與之相反。總而言之，X射線的能量越低就越容易被吸收。在一般公共場(chǎng)合、交通樞紐以及醫(yī)院使用的X射線都是能量很低的X射線源，主要采用線掃描或者點(diǎn)掃描成像，鉆石主成分是低原子序數(shù)的碳元素，X-射線能輕易地穿透碳原子。換言之，鉆石對(duì)于X-射線是透明的，而鉆石的仿制品多是由較大原子量的原子組成，如立方氧化鋯原子量是鉆石的6倍多，易吸收X-射線。這一特性可用于鉆石和仿制品的鑒別，也就是說(shuō)其實(shí)真鉆在X射線下是基本不成像的。一個(gè)很直觀的例子，人體骨骼的主要成分含鈣，鈣具有較高分子量，易吸收X射線，于是醫(yī)院拍片能清晰呈現(xiàn)出骨骼的形貌，但是人體皮膚內(nèi)臟主要是有機(jī)物祖分，為碳?xì)浣M分，因此X射線容易穿透，故無(wú)法成像。
在實(shí)驗(yàn)室用X射線時(shí)測(cè)試鉆石真假的一個(gè)很好的方法：在一個(gè)有X-射線源的環(huán)境內(nèi)，將被測(cè)寶石放在攝影膠片上.用X-射線照射。真鉆石會(huì)讓絕大部分X-射線透過(guò)并使膠片曝光，仿制品則吸收X-射線，其下的膠片未曝光，沖洗膠片，檢測(cè)未知寶石下面的膠片曝光度，即可知結(jié)果。
X射線用在安檢以及醫(yī)院的應(yīng)用已經(jīng)是眾所周知了，而X射線在分析測(cè)試中的應(yīng)用可以說(shuō)更是眼花繚亂，應(yīng)接不暇。普遍應(yīng)用的XRD、XRF、XPS等，都是微觀譜圖分析（簡(jiǎn)稱(chēng)“微譜分析”）中常用到的方法。
X射線衍射儀（XRD），利用X射線與晶體相遇時(shí)會(huì)發(fā)生衍射現(xiàn)象，可以對(duì)具有晶型結(jié)構(gòu)的無(wú)機(jī)物、金屬以及結(jié)晶高分子進(jìn)行定性定量分析，還能進(jìn)行理化性質(zhì)的分析，結(jié)晶度分析等等。
X射線熒光光譜儀（XRF），樣品中原子受到高能X射線的照射，電子躍遷會(huì)發(fā)射出特征X射線，不同的元素會(huì)產(chǎn)生不同的特征X射線，針對(duì)這一特性，能夠?qū)υ剡M(jìn)行定性定量分析。除了幾個(gè)輕質(zhì)元素之外，XRF的檢測(cè)范圍是非常廣泛的。同樣的電子探針也是利用X射線波長(zhǎng)和強(qiáng)度對(duì)微區(qū)元素進(jìn)行分析，常與電鏡聯(lián)用（SEM-EDS）。
X射線光電子能譜（XPS），以軟X射線作為激發(fā)源既可以電離外層電子也可以電離內(nèi)層電子，并且激發(fā)出俄歇電子，探測(cè)非鍵的內(nèi)層電子，用于元素的定性和定量分析，還可以進(jìn)行價(jià)態(tài)的分析。主要針對(duì)表面進(jìn)行分析，是一種對(duì)表面上的單原子或單分子層進(jìn)行分析的表面技術(shù)。而俄歇電子能譜是利用電子束作為激發(fā)源，使原子進(jìn)入內(nèi)層空穴后所釋放的能量，導(dǎo)致發(fā)射二次電子，廣泛應(yīng)用于各種材料分析及催化、吸附、腐蝕過(guò)程的分析等。
綜上所述，X射線雖沒(méi)有強(qiáng)大到隨手就能探測(cè)到鉆石（不然直接X(jué)射線掃一掃，大家都可以去挖鉆石發(fā)家致富了），不過(guò)X射線在儀器中的應(yīng)用也確實(shí)是十分的廣泛，但同樣的，任何單一一種儀器的測(cè)試用來(lái)判斷物質(zhì)和精確定量都是不夠嚴(yán)謹(jǐn)、不夠科學(xué)的，結(jié)合多種儀器圖譜和行業(yè)內(nèi)經(jīng)驗(yàn)綜合推斷分析，才能發(fā)揮儀器更大的作用并且能夠更深入的了解待測(cè)物。X射線在其中扮演的角色十分重要，用于各行各業(yè)的材料分析檢測(cè)當(dāng)中，是分析測(cè)試家族中的汗血寶馬，具有不可替代的作用。
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