儀器儀表檢測中X射線是如何運用的？
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能級之間的躍遷而產(chǎn)生的粒子流，是波長介于紫外線和γ射線 之間的電磁波。其波長很短約介于0.01~100埃之間。由德國物理學家W.K.倫琴于1895年發(fā)現(xiàn)，故又稱倫琴射線。
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,對應的能量范圍從125eV到125keV。通常我們把波長在0.001nm～0.1nm之間，能量較高的X射線稱為硬X射線,；波長在0.1nm以上，能量較低的的則稱為軟X射線。人們所熟知的具有很強穿透力的X射線,僅僅是整個X射線譜中的一部分。而且并非所有的X射線都具有很強的穿透能力。只有波長較短的硬X射線才有比較大的穿透深度。對于較長波段的軟X射線來說,在固體中的穿透深度只有微米量級,在空氣中也不到1mm。軟X射線波長較長，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，也就是說其實真鉆在X射線下是基本不成像的。一個很直觀的例子，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)臟主要是有機物祖分，為碳氫組分，因此X射線容易穿透，故無法成像。
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,對應的能量范圍從125eV到125keV。通常我們把波長在0.001nm～0.1nm之間，能量較高的X射線稱為硬X射線,；波長在0.1nm以上，能量較低的的則稱為軟X射線。人們所熟知的具有很強穿透力的X射線,僅僅是整個X射線譜中的一部分。而且并非所有的X射線都具有很強的穿透能力。只有波長較短的硬X射線才有比較大的穿透深度。對于較長波段的軟X射線來說,在固體中的穿透深度只有微米量級,在空氣中也不到1mm。軟X射線波長較長，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，也就是說其實真鉆在X射線下是基本不成像的。一個很直觀的例子，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)臟主要是有機物祖分，為碳氫組分，因此X射線容易穿透，故無法成像。
在實驗室用X射線時測試鉆石真假的一個很好的方法：在一個有X-射線源的環(huán)境內(nèi)，將被測寶石放在攝影膠片上.用X-射線照射。真鉆石會讓絕大部分X-射線透過并使膠片曝光，仿制品則吸收X-射線，其下的膠片未曝光，沖洗膠片，檢測未知寶石下面的膠片曝光度，即可知結果。
X射線用在安檢以及醫(yī)院的應用已經(jīng)是眾所周知了，而X射線在分析測試中的應用可以說更是眼花繚亂，應接不暇。普遍應用的XRD、XRF、XPS等，都是微觀譜圖分析（簡稱“微譜分析”）中常用到的方法。
X射線衍射儀（XRD），利用X射線與晶體相遇時會發(fā)生衍射現(xiàn)象，可以對具有晶型結構的無機物、金屬以及結晶高分子進行定性定量分析，還能進行理化性質(zhì)的分析，結晶度分析等等。
X射線熒光光譜儀（XRF），樣品中原子受到高能X射線的照射，電子躍遷會發(fā)射出特征X射線，不同的元素會產(chǎn)生不同的特征X射線，針對這一特性，能夠對元素進行定性定量分析。除了幾個輕質(zhì)元素之外，XRF的檢測范圍是非常廣泛的。同樣的電子探針也是利用X射線波長和強度對微區(qū)元素進行分析，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，探測非鍵的內(nèi)層電子，用于元素的定性和定量分析，還可以進行價態(tài)的分析。主要針對表面進行分析，是一種對表面上的單原子或單分子層進行分析的表面技術。而俄歇電子能譜是利用電子束作為激發(fā)源，使原子進入內(nèi)層空穴后所釋放的能量，導致發(fā)射二次電子，廣泛應用于各種材料分析及催化、吸附、腐蝕過程的分析等。
綜上所述，X射線雖沒有強大到隨手就能探測到鉆石（不然直接X射線掃一掃，大家都可以去挖鉆石發(fā)家致富了），不過X射線在儀器中的應用也確實是十分的廣泛，但同樣的，任何單一一種儀器的測試用來判斷物質(zhì)和精確定量都是不夠嚴謹、不夠科學的，結合多種儀器圖譜和行業(yè)內(nèi)經(jīng)驗綜合推斷分析，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)的材料分析檢測當中，是分析測試家族中的汗血寶馬，具有不可替代的作用。
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