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【原创】X射线荧光光谱仪基础知识普及（一）X射线

金水楼台先得月

2011/04/13

X射线荧光光谱仪（XRF）

X射线
波长小于0.01nm的称超硬X射线，在0.01～0.1nm范围内的称硬X射线，0.1～10nm范围内的称软X射线。X射线具有很强的穿透力，医学上常用作透视检查，工业中用来探伤。长期受X射线辐射对人体有伤害。X射线可激发荧光、使气体电离、使感光乳胶感光，故X射线可用电离计、闪烁计数器和感光乳胶片等检测。晶体的点阵结构对X射线可产生显著的衍射作用，X 射线衍射法已成为研究晶体结构、形貌和各种缺陷的重要手段。
特点
　　X射线的特征是波长非常短，频率很高，其波长约为（20～0.06）×10-8厘米之间。因此X射线必定是由于原子在能量相差悬殊的两个能级之间的跃迁而产生的。所以X射线光谱是原子中最靠内层的电子跃迁时发出来的，而光学光谱则是外层的电子跃迁时发射出来的。X射线在电场磁场中不偏转。这说明X射线是不带电的粒子流，因此能产生干涉、衍射现象。
　　X射线谱由连续谱和标识谱两部分组成，标识谱重叠在连续谱背景上，连续谱是由于高速电子受靶极阻挡而产生的轫致辐射，其短波极限λ 0 由加速电压V决定：λ 0 = hc /( ev )为普朗克常数， e 为电子电量， c 为真空中的光速。标识谱是由一系列线状谱组成，它们是因靶元素内层电子的跃迁而产生，每种元素各有一套特定的标识谱，反映了原子壳层结构。同步辐射源可产生高强度的连续谱X射线，现已成为重要的X射线源。
　　X射线具有很高的穿透本领，能透过许多对可见光不透明的物质，如墨纸、木料等。这种肉眼看不见的射线可以使很多固体材料发生可见的荧光，使照相底片感光以及空气电离等效应，波长越短的X射线能量越大，叫做硬X射线，波长长的X射线能量较低，称为软X射线。当在真空中，高速运动的电子轰击金属靶时，靶就放出X射线，这就是X射线管的结构原理。

　　放出的X射线分为两类：
　　（1）如果被靶阻挡的电子的能量，不越过一定限度时，只发射连续光谱的辐射。这种辐射叫做轫致辐射，连续光谱的性质和靶材料无关。
　　（2）一种不连续的，它只有几条特殊的线状光谱，这种发射线状光谱的辐射叫做特征辐射，特征光谱和靶材料有关。
X射线的危害

x射线和其他辐射线，一般对人的伤害分为两种，一是通过能量传递，对人体细胞的DNA进行破坏，称为物理效应，还有一种是，由射线对人体组织内水发生电离，产生自由基，这些自由基再和生物大分子发生作用，导致不可逆损伤，称为生物效应。x射线以生物效应为主。辐射作用于生物体时能造成电离辐射，这种电离作用能造成生物体的细胞、组织、器官等损伤，引起病理反应，称为辐射生物效应。辐射对生物体的作用是一个非常复杂的过程，生物体从吸收辐射能量开始到产生辐射生物效应，要经历许多不同性质的变化，一般认为将经历四个阶段的变化：
①物理变化阶段：持续约10^-16秒，细胞被电离；
②物理-化学变化阶段：持续约10^-6秒，离子与水分子作用，形成新产物；
③化学变化阶段：持续约几秒，反应产物与细胞分子作用，可能破坏复杂分子；
④生物变化阶段：持续时间可以是几十分钟至几十年，上述的化学变化可能破坏细胞或其功能。
辐射生物效应可以表现在受照者本身，也可以出现在受照者的后代。表现在受照者本身的称为躯体效应（按照显现的时间早晚又分为近期效应和远期效应），出现在受照者后代时称为遗传效应。

电离辐射产生的各种生物效应对人体造成的损伤称为辐射损伤，它可以来自人体之外的辐射照射，也可以产生于吸入（例如放射性尘埃）或进入（例如受放射性污染的水、食物或其他物体）人体内的放射性物质的照射。
辐射损伤过程主要有急性损伤和慢性损伤两种类型。
急性损伤是指短时间内全身受到大剂量的照射（例如数戈瑞）而产生的辐射损伤。典型症候常表现为三个阶段：
①前驱期：受照者出现恶心、呕吐等症状，约持续1~2天；
②潜伏期：一切症状消失，可持续数日或数周；
③发症期：表现出辐射损伤的各种症状，如呕吐、腹泻、出血、嗜眠、毛发脱落等，严重者导致死亡。
急性损伤主要是中枢神经系统损伤、造血系统损伤、消化系统损伤，以及可以造成性腺损伤、皮肤损伤等。急性损伤将会造成严重后果，必须防止短时间内大剂量照射的情况发生。

X射线防护的基本原则

采取一些适当措施，把射线工作人员以及周围其它工作人中所受的射线剂量降低到最高允许剂量（也叫安全剂量）以下，确保人身安全。在射线防护中，最主要的是防止发生有害的非随机效应和限制随机效应发生率在可接受的水平范围内，从而降低辐射可能造成的危害。

辐射防护中应遵循的三项基本原则是：
①正当化原则：在任何包含电离辐射照射的应用实践中，必须保证这种应用实践对人群和环境产生的危害小于这种应用实践给人群和环境带来的利益，否则这种应用实践是不应该实施的；
②最优化原则：避免一切不必要的辐射照射，任何包含电离辐射照射的应用实践，在符合正当化原则的前提下，应保持在可以合理达到的最低辐射照射水平；
③限值化原则：在符合上述正当化与最优化原则的应用实践中，应保证个人所受到的照射剂量当量不超过规定的相应限值。

对于X射线荧光光谱仪的辐射，主要还是要看看这个X射线管的管电压达到多少大，一般来说，有X射线的仪器都是需要去环保局办理辐射安全许可证，操作人员需要进行培训，取得资质以后才能操作，而操作人员还需要体检，并保存体检结果的，还要一个个人辐射计量仪，不要用眼睛去看射线出口！！对眼睛危害直接且大。

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金水楼台先得月

第1楼2011/04/13

基础知识（二）X射线荧光光谱仪X射线安全

X-RAY的安全
辐射计量与对人的影响表

计量（msv）对人的影响
0-0.25 无影响
0.25-0.5 降低白血球
0.5-1.0 生病
4.0-40 不可恢复
>50 马上死亡

1、辐射剂量与距离的平方成反比

2、辐射计量与时间成正比

3、保证指标是人体辐射计量小于1msv

4、安全规则

（1）安装和维护必须由受过培训的人来实施

（2）安全设施不能由未受培训人员来处理

（3）用户必须做到，按当地的安全规则来处理和操作系统

（4）所有X-RAY分析系统定期用合适的仪器检查

（5）不安全设备，必须切断电源

（6）人员必须佩带个人计量牌

X射线荧光仪器的X射线辐射说明

X射线仪器内部都有防辐射很厚的铜板或铅板等，而且X射线不会转弯辐射，所以大多数的X射线仪器基本能保证<1usv/hr（在操作者保证离仪器10 cm的前提下），根据这个原则，我们可以比较轻松的减少X射线的辐射，减少在仪器房间的时间，尽量离仪器远的操作仪器。

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yuduoling

第2楼2011/04/13

不错的资料介绍，期待补充完毕

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lj919

第3楼2011/04/14

资料很不错，很好的学习了一下！谢谢斑竹！

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影子

第4楼2011/04/14

我们有个产品需要做PXRD鉴别，就是指X衍射吗？

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分
该帖子已被版主-金水楼台先得月加2积分，加2经验;加分理由:参与讨论

金水楼台先得月

第5楼2011/04/14

xrd 即X-ray diffraction 的缩写，X射线衍射，通过对材料进行X射线衍射，分析其衍射图谱，获得材料的成分、材料内部原子或分子的结构或形态等信息的研究手段。
影子(hyheying) 发表:我们有个产品需要做PXRD鉴别，就是指X衍射吗？

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影子

第6楼2011/04/14

谢谢！目前我们没有这种设备，可客户要求我们的检测报告中有这一项，纠结啊
金水楼台先得月(albert800922) 发表:xrd 即X-ray diffraction 的缩写，X射线衍射，通过对材料进行X射线衍射，分析其衍射图谱，获得材料的成分、材料内部原子或分子的结构或形态等信息的研究手段。

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金水楼台先得月

第7楼2011/04/14

你也算单位部门领导呀，建议买啊
影子(hyheying) 发表:谢谢！目前我们没有这种设备，可客户要求我们的检测报告中有这一项，纠结啊

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bennaiyou

第8楼2011/04/14

X射线，虽然危害大，但作为X射线荧光光谱仪器，目前的防护措施还是不错的，
楼主说的“X射线仪器内部都有防辐射很厚的铜板或铅板等，而且X射线不会转弯辐射，所以大多数的X射线仪器基本能保证<1usv/hr（在操作者保证离仪器10 cm的前提下），根据这个原则，我们可以比较轻松的减少X射线的辐射，减少在仪器房间的时间，尽量离仪器远的操作仪器。”的确很到位了，还有补充一点，孕妇尽量不要用这些仪器。

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影子

第9楼2011/04/14

就这一个品种要测，而且一年也就生产个3-5批，不如外检呢
金水楼台先得月(albert800922) 发表:你也算单位部门领导呀，建议买啊

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金水楼台先得月

第10楼2011/04/14

也是，样品太少了。你们是做自己单位的内部样品吗，有外部的没有呢？
影子(hyheying) 发表:就这一个品种要测，而且一年也就生产个3-5批，不如外检呢

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