便携式X射线荧光 （pXRF）斑点分析
发布时间：2023-05-12 来源:北达燕园微构分析测试中心
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精选优质文章分享给大家，希望文章内容对您有所帮助，欢迎您继续关注，如能转发不胜感激，我们愿和大家一起学习交流，共同提高。便携式X射线荧光(portable X-ray fluorescence, pXRF ）斑点分析是一种非侵入-非破坏式分析技术。光谱仪无需接触检测对象，也未出现过检测对象因 pXRF斑点分析发生辐射损伤的情况。
pXRF斑点分析是一种表面元素分析技术，是艺术品和其他文物材料研究领域最便利、最常用的技术。pXRF 使用高能X射线（40~50 kV）照射检测对象，使对象表面的一些原子发生电离，并在电离过程中失去电子产生离子。这些离子并不稳定，会放射X射线并弛豫回稳定状态。这种射线称作二次（或荧光）X射线，每种化学元素的二次X射线都有自己特定的能量。
pXRF光谱仪由X射线管和X射线探测器组成，X射线管用来产生入射X射线束，X射线探测器用来识别物体发出的荧光X射线能量。X射线束的大小（也就是对象被分析区域的大小）由外设或设备自带的准直器控制。准直器带有一条金属狭缝或一块单孔金属板，用狭缝或孔来控制光束的大小。pXRF的光束在艺术品表面形成直径2~3mm 的光斑也是常有的情况，这就意味着检测精细的绘画对象（如写本彩绘）时，采集到的数据中可能包含多个色块的信息。光谱仪的用户界面是装有软件的笔记本电脑，可以X射线的能量为横轴，强度为纵轴绘制X射线光谱图。光谱图中包括各种检出元素的荧光峰。pXRF光谱图中可能还包含X射线管的特征峰，以及能量略低于X射线管特征峰的康普顿散射（或非弹性散射)峰。X射线荧光光谱中，常见的光谱伪峰还有和峰，和峰的能量是光谱中突出峰的两倍，甚至等于两个不同能量的突出峰之和。另一类伪峰是逃逸峰，它是由硅基X射线探测器引起的，在光谱图中总出现在低于X射线峰能量 1.74 keV处。光谱仪对元素的激发效果由三个因素決定：X射线管阳极的特性 （文化遗产研究中最常用的阳极是铑）；降低光谱背景用的滤片；以及 ×射线管的电流和电压。如果检测对象中含有大量铝和硅之类较轻的元素 （如陶瓷），就可以用铑阳极来激发并探测。而对检测钠之类的更轻的元素，还需将样品置于真空或充氦环境内，以防低能X射线中途被空气吸收或散射。这种技术除了可以确定样品中存在哪些元素 （定性分析）外，还可以确定每种元素的含量（定量分析)。要做定量分析，须用已知的元素浓度标准来校准光谱仪。这业标准可分为一级标准、二级标准和其他标准：一级标准是由美国国家标准与技术研究所 (Narional Institute of Standards and Technology，NIST) 或其他国家的类似政府机构认证的标准；二级标准是可追湖至 NIST 的标准；其他标淮则是文化遗产科学领域所确定的标淮，例如用于古代铜合金的CHARM标准，这类标准的内容应经过同行评审期刊的发表和验证。
pXRF斑点分析可应用于所有无机材料和含有无机成分的材料研究。20世纪中期以前的绘画作品就可以应用该方法，这些绘画作品的颜料用的大都是矿物颜料粉或合成无机化合物颜料粉。根据光谱中的不同元素即可推断出绘画颜料粉的种类，即便无法准确鉴定，也可大大地缩小范国，为下一步的分子分析带来便利。举例来说，凭借汞和硫的存在即可准确识别朱砂（一种成分为 HgS 的红色颜料）。但绿色颜料中的铜却可能指向多种不同的绿色含铜颜料粉（如铜绿、孔雀石和土绿），甚至是蓝色含铜颜料粉与黄色颜料粉 / 染料的混合物。作为元素分析技术，人们常把 pXRF斑点分析当作全面材料研究的第一步。把pXRF数据与分子分析和微观分析结果结合起来，就可以充分地了解检测对象。
pXRF斑点分析也是一种非常重要的鉴定技术，可识别不同类型的古代玻璃、金属器或陶瓷器表面的釉料、古代合金、陶瓷、宝石、彩绘写本以及所有彩绘三维物体表面的颜料粉。它可以有效地确定黏士和黑曜石的来源，也可以有效地研究历史摄影的过程。文物中只要存在无机材料，就可以使用pXRF斑点分析获得有用的信息。
在pXRF斑点分析中，周期表上的每种元素都会产生一种以上能量的X射线。这种情况虽有助于元素鉴定，但也可能导致峰的重叠。pXRF斑点分析的数据解读存在几个公认的难点：难以识别含铅样品中的硫、难以识别含钡样品中的钛、难以分辨钙和锑的混合物（古代玻璃中非常常见）难以识别含铅样品中的砷。博物馆藏品使用的生物灭杀剂中也可能含有汞、铅、溴和砷，会和藏品本身的元素发生重叠，使鉴定变得更为复杂，这对人种学藏品（特别是追索回国的海外藏品）来说是个关键问题。
X射线束对物体的穿透深度也会给 pXRF 斑点分析数据解释带来问题。表面带彩绘的或多层结构的艺术品，几乎都带有与胎体成分不同的表层结构，如金属器的镀金、镀银或瓷器的釉上彩等。用 pXRF 检观这类对象时，会获得含有不同层信息的组合数据。要用这种数据做定性分折，需要进行细致复杂的解读，定量分析则是不可能的。
X射线荧光法的另一个缺点是谱图解释有难度。谱图中的主要X射线峰并不一定指向对象中的主要元素。像铅和锶之类的元素，不论是不是对象中的主要成分，都会在X射线荧光谱图中表现得非常突出。此外，有机材料（如碳、氢、氧和氨构成的染料）发射的X射线能量太低，也不能用这种技术来研究。
拉曼光谱法、傅里叶变换红外光谱法、扫描电子显微镜结合能量色散X射线光谱法、宏观X射线荧光法以及同步辐射X射线发射与吸收技术。
— X射线管阳极的特性（文化遗产研究中最常用的阳极是铑）
—减少光谱背景用的滤片
— X射线管的电流和电压
— 数据采集时间
1909—1914年，查尔斯•G.巴克拉 ( Charles G. Barkla ）和亨利•G.J.莫斯利(Henry G. J. Moseley ）发现了X射线的激发与发射现象，为X射线荧光光谱法奠定了基础。20世纪50年代，pXRF斑点分析发展成了商用技术。1970 年出现了锂漂移硅X射线探测器，使这项技术有了进入博物馆实验室的可能性。不久之后，大都会艺术博物馆和温特图尔博物馆便采用了这项技术。
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