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质子激发X荧光分析法

几年过后，我国发展起来一门核分析新技术——质子激发X荧光分析法，它具有快速、无

损伤、多元素、高灵敏度等优点。所谓质子激发X荧光分析法，就是用高能质子束直接轰

击被测样品的表面，当被测样品受到高能质子束轰击时，其绕原子核运转的内层电子被打

掉，这时外层能量较高的电子就跃迁到能量较低的内层填补空位，并以各种形式将多余的能

量释放出来，其中包括一种叫特征X射线的。不同的金属元素发出不同波长的特征x射线。

因此，只要是测得被分析样品发出的各种特征X射线的波长，就可以知道这个样品由哪儿

种金属元素组成。同时，从测得的各种特征X射线的强度，通过计算便能弄清各种金属元

素的含量。一般测定一个部位只要几分钟，而且在被测样品上不留下任何痕迹。

X射线荧光分析

X射线是1895年被伦琴发现的。后来人们用X射线激发元素时，发现物质

可发射特征X射线，奠定了X荧光光谱作为元素成分分析的基础。随着激发源和

X射线探测技术的发展，X射线分析已经从原来用X射线管、放射源激发的X荧

光分析，发展到70年代用带电粒子激发X射线（简称PIXE），近些年又发展了

同步辐射X荧光分析；从用晶体和正比计数器等测量X射线，发展到用半导体探

测器测量X射线。特别典型和常用的是质子激发的X射线分析，已经成为一种高

灵敏度、非破坏性、多元素定量分析的重要工具，在生物医学、环境保护、考古

学等许多研究领域中非常有用。

简要地说，PIXE分析是用一定能量的质子、X射线或重离子轰击样品，从样

品原子中激发出特征X射线，并用X射线波谱仪或能谱仪测量这些特征X射线的

波长或能量，从而判定样品中各元素的种类；由测得的特征X射线的强度，以及

电离截面、荧光产额、X射线的吸收等数据，确定样品中各元素的含量。

特征X射线产生的先决条件是原子内壳层存在空穴，入射粒子与原子作用产

生空穴的几率称为电离截面，它是X射线分析技术中元素定量分析的重要参数，

与入射粒子的种类和能量以及靶元素有关。

PIXE分析的实验技术比较复杂，涉及到样品制备、实验条件的选择、定量

分析和数据处理方法等方面。

样品制备是X荧光分析中的一个重要环节。它包括靶衬底材料的选择、采

样方法、样品加工和制靶等程序，特别要注意操作过程中预防沾污，以及抗辐照、

导电、便于测量等因素。一般选用低本底、抗辐照的有机薄膜做衬底；取样过

程所用器具要经严格清洁处理；生物样品要经过粉碎、灰化、酸溶解等不同的手

段加工处理；制样时要加入已知浓度的参考元素作为内标元素，以便于作定量

分析时相对比较，常用Y、Ag、In等生物样品中不含的元素作内标元素，用聚苯

乙烯溶液把样品调匀后滴到有机膜上制成薄靶，同时也制备一些本底靶。

为提高X射线分析方法的灵敏度，必须选择最佳的实验条件：如选择质子作

为入射粒子，轰击能量一般取1～3MeV，既考虑降低本底，又要尽可能地增大X

射线的产生截面；束流强度不能太大；样品也不能太厚，厚样品的修正可能引进

误差；另外，探测器应放置在X射线产额较大的方向和位置上。

定量分析主要包括X射线能谱分解和元素浓度计算，也涉及到一些实验方法

和数据处理方法。实验测得的X射线能谱包含着许多元素的特征X射线谱，还有

逃逸峰、康普顿散射峰、特征谱线的重叠峰（如重元素的L和M系谱线与轻元素

K系谱线）、高计数率时出现的相加峰等，X射线谱相当复杂，必须用计算机的

专门程序对能谱进行分解。选择合适的函数来拟合实验谱，根据最小二乘法原理，

把函数中有关参数求出，以确定峰位（对应出K值，可知是何种元素）、半高宽；

再对函数积分，求出峰面积（对应此种元素的含量）及标准偏差。

X荧光分析技术已广泛地应用于地质、冶金、材料、考古、生物医学、环境

科学等许多领域的研究中，可以分析各类样品的常量、微量和痕量元素。

PIXE方法由于具有诸多优点，在考古学中应用有无比的优越性，确实起着

不可替代的分析作用。复旦大学等单位曾在80年代用PIXE方法分析越王勾践的

佩剑而轰动了全国。越王勾践是我国历史上的名人、春秋末年越国君，曾因卧薪

尝胆、刻苦图强、反败为胜而垂名青史。此佩剑在地下埋藏了近2500年，于1965

年出土。佩剑长64.1厘米、宽5厘米，在黄色剑身上铸有黑色的图案花纹，在

剑格上镶嵌着琉璃和绿松石等饰物。此剑虽然长期埋于地下，但仍光彩夺目，非

常锋利