什么是X射線

在現在看來，x-射線已經被研究和利用得很充分了。然而x-射線的發現和使用歷史也不過127年。1895年12月22日，倫琴（W.C.Röntgen）把妻子的手放到照相底板上照了一張照片，這是人類的第一張x-射線照片，倫琴于1895年12月28日發表題為《關于一種新的射線》的論文，他也因為發現了x-射線而獲得1901年諾貝爾物理學獎。

圖1.x-射線應用舉例

x-射線是一種我們看不見的光波，波長比紫外線波長還短，因此能量非常高。x-射線穿過物質時會被吸收，跟物質的成分和密度相關，基于此開出了x-光片技術；發射光具有物質所含元素的能量特征，基于此，x-射線技術被廣泛使用在現場實時分析多種材料中的主要和微量（ppm級）元素。

圖2.光譜圖和x-光波波長/頻率示意

什么是XRF技術？

XRF就是x-射線熒光(x-RayFluorescence) 技術的簡稱，是一種用于確定材料化學成分的無損分析技術。

當樣品在原級x-射線源的激發作用下，次級x-射線（或x-射線熒光）就會出現。由于這種熒光對于樣品的元素組成來說是獨一無二的，樣品中的每種元素會產生一組獨特的特異性次級x-射線，而這組射線就是特定元素的“指紋”。因此XRF是一項極佳的定性和定量材料成分分析技術。H.Friedmann和L.S.Birks于1948年制成第一臺波長色散x-射線熒光分析儀，60年代XRF光譜分析法在分析領域的地位得以確立。如今，該方法被廣泛應用于工業領域。
 

XRF的工作原理

使用從受控x-射線管發出的高能x-射線照射固體或液體樣品，當樣品中的原子被具有足夠能量（大于該原子K或L殼層結合能）的x-射線擊中時，原子的內軌道殼層中的一個電子會被射出，原子具有較高能量的軌道殼層中的一個電子會填補內軌道殼層中的空位，使該原子重新穩定，電子通過釋放熒光x-射線下降到較低能態。x-射線的能量等于電子的兩個量子態之間的特定能量差，該能量的測量是XRF分析的基礎。

圖3.XRF的工作原理示意圖

XRF光譜分析

樣品中的每個元素會產生一組該特定元素獨有的特異性熒光x-射線，因此XRF光譜分析法特別適用于元素分析。檢查x-射線能譜及其“散射峰”，則是對這種元素“指紋”最好的闡述。大多數原子都具有多條電子軌道（例如K 殼層、L殼層和M 殼層），當電子在x-射線能量的作用下進出這些殼層時，不同強度的XRF峰會出現在光譜中。峰能量可用于元素鑒定，峰高度/強度則表示元素的濃度。

手持式XRF分析儀

便攜式、手持式XRF儀器自20世紀50年代首次進入商業市場以來，已經走過了漫長的道路，這個曾經笨重、有放射性的臺式設備已經發展成為一種相對較輕的手持設備，其結果與實驗室中獲得的結果相當。如今市面上的便攜式XRF分析儀已實現微型化，可進行超高速分析，具備實驗室質量性能，已成為無損元素分析的標配。被廣泛應用于各種各樣的行業，包括采礦、金屬、農業、藝術、環境和制藥等行業。

圖4.便攜式X射線熒光（XRF）儀器發展史上重要節點

賽默飛便攜式IonicX XRF離子鹽分析儀

2019年，賽默飛世爾科技在眾多XRF儀器基礎上，推出了一款便攜式IonicX XRF離子鹽分析儀，專為識別和鑒定生物制藥和制藥中使用的前五種鹽-氯化鈉（NaCl）、氯化鉀（KCl）、氯化鎂（MgCl2）、氯化鈣（CaCl2）和氫氧化鈉（NaOH）。此功能可以減少制藥材料測試的時間和成本，且滿足合規性和嚴格的質控標準。IonicX符合GMP和Part11要求，專為制藥行業設計，易于使用、便攜、快速、僅需最少的樣品制備。企業可以使用新的便攜式XRF分析儀在數十秒內驗證倉庫中離子鹽的身份，這比傳統的臺式技術或濕化學法要快得多，其檢測結果精準，與實驗室檢測質量相當，節省在傳統分析技術上花費的時間和金錢。

“合規性和效率是原材料經理最關心的問題…制藥公司大量購買這些鹽，并需要測試每個容器以滿足嚴格的監管要求。當使用標準濕化學實驗室，這是一個繁瑣且昂貴的過程。使用便攜式XRF分析儀，可以在幾秒鐘內在倉庫地板上完成測試”。

——賽默飛世爾科技產品經理 Kyle Dumke

圖5.便攜式離子鹽分析儀IonicX XRF工作原理及實物圖

下圖是氯化鉀（KCl）的XRF光譜示例，x-射線管電壓45KV，管目標為Ag。光譜具有幾個與低能量鉀（K）和氯（Cl）譜系相關的X射線熒光條帶。11.9KeV和13.3KeV附近相對較小的峰可能是樣品中痕量的Ti和Br。

圖6.氯化鉀XRF光譜示例

制藥企業在生產過程中也需要大量使用氯化鈉原料。按照要求，每一個包裝袋內的樣品均需要進行檢查。然而在原料搬運、拆封包裝袋、取樣、實驗室檢驗等環節耗費了大量人力、物力和時間成本，而且存在污染樣品的風險，這一問題急需解決。

采用IonicX XRF便攜式離子鹽分析儀，現場創建檢測方法，打開氯化鈉原料外包裝，透過內層的聚乙烯塑料袋即可直接采集氯化鈉樣品的光譜圖，從而實現樣品的非接觸快速準確鑒別。

圖7.現場測試及結果顯示示例（創建NaCl檢測方法對NaCl和MgCl2進行鑒別）

便攜式離子鹽分析儀IonicX XRF產品特點：

• 無需樣品制備，數十秒即可快速驗證各種離子鹽
• 原材料無損檢測；
• 測試步驟簡單，操作人員無需進行大量且繁復的培訓；
• 輕巧占用空間小，便于攜帶；
• 符合21 CFR Part 11法規要求，具備電子簽名、用戶訪問控制和審計追蹤功能；
• 支持 Wi-Fi/熱插拔電池；
• IP54 認證（防濺/防塵）。