X射线荧光光谱法进展(7)
——XRFA技术进展1.5 X射线全息术和层面术(XFH & XFT)
X射线全息照相术和层面照相术的目的是在不破坏样品的前提下,研究固态材料元素分布的微观和宏观结构。研究焦点在于在保证得到最大的分辨率、尽可能减小样品测量的辐射率,得到尽可能多的关于样品组成和结构信息的同时,不断扩展样品的大小。在过去的两年里,基于新发展起来的二维检测和X射线聚焦系统、同步辐射装置的高强X射线源的获得,X射线全息照相术(XFH)成为X射线光谱分析领域几大热点之一。这也预示了二次X射线的三维角度扫描测量的必要性。
13.1 X射线全息术(XFH)
从原子发射出的特征X射线波与其被相邻原子散射的部分相干涉形成X射线荧光全息图。在远场几何结构中探测X射线强度的空间调制(即上述全息图),记录的数千个强度图含有所研究晶体中原子位置的信息,因而借助适当的重构算法,可以披露出其二维或三维的微观结构。
有人用CCD相机和0.3 ×0.3mm2的单能X射线束(E = 8.0keV)加上50μm的Fe吸收箔,高精度地测出CoO晶体中Co和O原子的位置。
为全息成像使用第四代无电子激光X射线,能够对不能生成结晶的单分子、病毒和其他分子形式重构其原子分布图。
XFH的定量特性意味着它可以在常规XRD (X射线衍射)与EXAFS(发射X射线吸收端精细结构)之间构成一个桥梁,提供关于原子周围环境的信息。
13.2 X射线断层术(XFT)
最近几年才引进微区分析的XFT技术,在环境、医学和材料科学中对探索主量、痕量元素的二维和三维分布是最合适的技术。
它需要(a)一个高通量的尖锐且很好准直的X射线束,(b)一个精密的XY及旋转移动系统,在每次测量后改变样品的位置和方向,(c)一个高性能的EDX探测器来记录发射的荧光和散射的X射线。它有点类似于医院用的CT,但提供的是样品中微区元素分布图。
日本一个研究组测量甲状腺中碘的分布图。使用37KeV单色X射线,HPGe探测器,每步测量5s,每次移动0.05mm(总2mm),旋转3°(总180°)。
德国一个小组采用与断层成像相结合的x射线微区分析,观测单个细胞的图像。由于单细胞中的蛋白质与水之间明显的吸收反差,他们能够直观地重构细胞中蛋白质的结构达30 nm的尺度。