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仪器仪表检测中X射线是如何运用的?

时间:2017-12-25 11:35
摘要:什么是X光?X射线是由于原子中的电子在能量相差悬殊的两个能级之间的跃迁而产生的粒子流,是波长介于紫外线和射线之间的电磁波。其波长很短约介于0.01~100埃之间。由德国物理学家W.K.伦琴于1895年发现,故又称伦琴射线。 X射线的本质和光一样,是一种电磁辐射,它覆盖
        什么是X光?X射线是由于原子中的电子在能量相差悬殊的两个能级之间的跃迁而产生的粒子流,是波长介于紫外线和γ射线 之间的电磁波。其波长很短约介于0.01~100埃之间。由德国物理学家W.K.伦琴于1895年发现,故又称伦琴射线。
X射线的本质和光一样,是一种电磁辐射,它覆盖了从0.01nm到10nm的波段范围,对应的能量范围从125eV到125keV。通常我们把波长在0.001nm~0.1nm之间,能量较高的X射线称为硬X射线,;波长在0.1nm以上,能量较低的的则称为软X射线。人们所熟知的具有很强穿透力的X射线,仅仅是整个X射线谱中的一部分。而且并非所有的X射线都具有很强的穿透能力。只有波长较短的硬X射线才有比较大的穿透深度。对于较长波段的软X射线来说,在固体中的穿透深度只有微米量级,在空气中也不到1mm。软X射线波长较长,能量低,易被物质吸收,而硬X射线与之相反。总而言之,X射线的能量越低就越容易被吸收。在一般公共场合、交通枢纽以及医院使用的X射线都是能量很低的X射线源,主要采用线扫描或者点扫描成像,钻石主成分是低原子序数的碳元素,X-射线能轻易地穿透碳原子。换言之,钻石对于X-射线是透明的,而钻石的仿制品多是由较大原子量的原子组成,如立方氧化锆原子量是钻石的6倍多,易吸收X-射线。这一特性可用于钻石和仿制品的鉴别,也就是说其实真钻在X射线下是基本不成像的。一个很直观的例子,人体骨骼的主要成分含钙,钙具有较高分子量,易吸收X射线,于是医院拍片能清晰呈现出骨骼的形貌,但是人体皮肤内脏主要是有机物祖分,为碳氢组分,因此X射线容易穿透,故无法成像。 
在实验室用X射线时测试钻石真假的一个很好的方法:在一个有X-射线源的环境内,将被测宝石放在摄影胶片上.用X-射线照射。真钻石会让绝大部分X-射线透过并使胶片曝光,仿制品则吸收X-射线,其下的胶片未曝光,冲洗胶片,检测未知宝石下面的胶片曝光度,即可知结果。
X射线用在安检以及医院的应用已经是众所周知了,而X射线在分析测试中的应用可以说更是眼花缭乱,应接不暇。普遍应用的XRD、XRF、XPS等,都是微观谱图分析(简称“微谱分析”)中常用到的方法。
X射线衍射仪(XRD),利用X射线与晶体相遇时会发生衍射现象,可以对具有晶型结构的无机物、金属以及结晶高分子进行定性定量分析,还能进行理化性质的分析,结晶度分析等等。
X射线荧光光谱仪(XRF),样品中原子受到高能X射线的照射,电子跃迁会发射出特征X射线,不同的元素会产生不同的特征X射线,针对这一特性,能够对元素进行定性定量分析。除了几个轻质元素之外,XRF的检测范围是非常广泛的。同样的电子探针也是利用X射线波长和强度对微区元素进行分析,常与电镜联用(SEM-EDS)。
X射线光电子能谱(XPS),以软X射线作为激发源既可以电离外层电子也可以电离内层电子,并且激发出俄歇电子,探测非键的内层电子,用于元素的定性和定量分析,还可以进行价态的分析。主要针对表面进行分析,是一种对表面上的单原子或单分子层进行分析的表面技术。而俄歇电子能谱是利用电子束作为激发源,使原子进入内层空穴后所释放的能量,导致发射二次电子,广泛应用于各种材料分析及催化、吸附、腐蚀过程的分析等。
综上所述,X射线虽没有强大到随手就能探测到钻石(不然直接X射线扫一扫,大家都可以去挖钻石发家致富了),不过X射线在仪器中的应用也确实是十分的广泛,但同样的,任何单一一种仪器的测试用来判断物质和精确定量都是不够严谨、不够科学的,结合多种仪器图谱和行业内经验综合推断分析,才能发挥仪器更大的作用并且能够更深入的了解待测物。X射线在其中扮演的角色十分重要,用于各行各业的材料分析检测当中,是分析测试家族中的汗血宝马,具有不可替代的作用。

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