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X射線在儀器儀表中的應用

發布時間:2017-2-13     來源:高分子天空

X光能否鑒定人體內的石狀物體真的是鉆石?先要了解什么是X光。

X射線的本質和光一樣,是一種電磁輻射,它覆蓋了從0.01nm10nm的波段范圍,對應的能量范圍從125eV125keV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,于是醫院拍片能清晰呈現出骨骼的形貌,但是人體皮膚內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-射線源的環境內,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院的應用已經是眾所周知了,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XRDXRFXPS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生衍射現象,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,電子躍遷會發射出特征X射線,不同的元素會產生不同的特征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元素進行分析,常與電鏡聯用(SEM-EDS)。

X射線光電子能譜(XPS,以軟X射線作為激發源既可以電離外層電子也可以電離內層電子,并且激發出俄歇電子,探測非鍵的內層電子,用于元素的定性和定量分析,還可以進行價態的分析。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源,使原子進入內層空穴后所釋放的能量,導致發射二次電子,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內經驗綜合推斷分析,才能發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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