X射线光谱技术在生物与生态环境中的应用进展

环境样品中元素的浓度、空间分布和赋存形态等是认识元素的生物功能和环境行为的关键.本文对近年来X射线光谱技术在生物与生态环境中的应用研究进展进行了评述,发现X射线荧光光谱技术可以提供活体植物中元素迁移与分布的定量数据,且微区X射线荧光光谱和X射线吸收谱技术的联用可深入认识生物与元素的相互作用,尤其是生物对元素的吸收、转运...     

高温高压下电解质溶液谱学研究的进展

高温高压下电解质溶液研究在理论和工业应用上都具有重要的意义，拉曼光谱、红外光谱、紫外可见光谱、中子和X射线衍射、以及X射线吸收精细结构方法都已经用于它的研究。随着温度升高，溶液的结构发生了变化，离子的缔合度增加，内层配位水的数目减少，出现了离子的多核簇组成。除了静态结构的研究外，也用拉曼光谱进行溶液的动力学探讨。水热金刚石压腔装置是高温高压电解质溶液研究的一个重要的进步，在水热金刚石压腔装置中，拉曼光谱和X射线吸收精细结构两种方法具有重要的应用潜力。     

无损光谱技术在文物保护中的应用进展

无损光谱技术是文物信息提取的重要手段,可原位获取文物相关历史、艺术信息,识别文物的保存与损害状况及前修复痕迹。该技术为文物保存环境条件的评估、病害机理的探讨、负载信息的研究及制作材料与工艺技术的探索提供科学依据。介绍了X射线荧光光谱(XRF)、激光诱导击穿光谱(LIBS)、 X射线光电子能谱(XPS)、拉曼光谱(RS)、红外光谱(IR)、漫反射光谱(DRS)、多光谱(MSI)及高光谱成像(HSI)技术在文物无损分析中的应用。针对文物的种类、大小以及保存状态的不同,便携式和固定式仪器在文物无损分析中各具优势。便携式和显微XRF用于文物定性、定量分析,广域XRF可分析多层结构,获取成像图案的元素分布及隐藏信息。LIBS可检测XRF不能检测的锂、碳等低原子序数元素,对文物进行深度和剖面分析。XPS可获取文物表面元素的化学态与含量,确定元素的存在方式。RS可从物相结构上分析文物组成,判断劣化情况,评估保护效果。共振RS对具有RS活性的芳香族化合物敏感,可检测纺织品、纸张上的有机染料,表面增强RS可对传统RS无法识别的谱峰进行分析。IR中,近红外光谱的应用已从有机质文物扩展到无机质文物,红外反射...     

同步辐射在古陶瓷研究中应用的现状和展望

概述了同步辐射光源的历史和优点,对同步辐射X射线荧光、X射线吸收精细结构、同步辐射X射线衍射等方法在古陶瓷工艺、产地等方面的应用现状进行了总结,并展望了同步辐射在古陶瓷研究中的应用前景.     

激光驱动的多层膜复合靶M带辐射光谱研究

时间分辨X射线吸收精细结构谱技术需要产生高亮度、均匀、宽光谱的X射线源。单一靶材产生的M带辐射源亮度高,但均匀性较差,因此提出了一种使用多种金属材料制备的多层膜复合靶产生M带辐射的方案。针对Si的K边X射线吸收谱实验,根据前期单一靶材M带光谱实验数据理论计算了最优的材料比例,制备了Au、Yb、Dy三种材料组成的多层膜复合靶,并在神光II激光装置上开展了脉冲激光驱动的多层膜复合靶辐射光谱测量,实验结果和理论计算基本一致。相比单一靶材,多层膜复合靶产生的M带辐射源具有光谱宽、整体亮度均匀的优点,在时间分辨X射线吸收精细结构谱中具有较大的应用潜力。     

激光冲击波压缩稠密铝辐射不透明度实验研究

基于稠密物质辐射不透明度的理论计算目前有相当大的难度, 而稠密物质高精度不透明度数据又对聚变研究中的理论设计和模拟以及状态诊断等方面非常有用. 在"神光II"激光装置上建立一发次中能同时测量背光谱、 样品自发谱和吸收谱的大谱窗高分辨椭圆弯晶测谱系统, 并利用一维辐射流体力学程序MULTI仿真冲击波碰撞压缩样品的过程.在测量中, 用点投影背光法、激光烧蚀冲击波碰撞压缩产生稠密铝(Al)样品, 激光镱等离子体3d–4f 跃迁辐射为短脉冲背光提供样品吸收谱时空分辨诊断, 在一发次打靶中得到了背光谱、样品自发谱和X射线吸收精细结构谱, 以及稠密Al辐射吸收谱向长波偏移.实验结果给出了诊断能谱区稠密Al相对透射率分布和吸收谱偏移量. 这些工作都有益于丰富不透明度这一基础研究领域和进一步开拓许多重要应用. 关键词： 冲击波压缩等离子体 X射线吸收谱 线移 精细结构     

X射线荧光光谱分析在考古中应用现状和展望

叙述了X射线荧光光谱分析在文物的鉴定、断代、产地及其矿料来源分析、制作工艺和保护等考古研究中的应用现状, 指出目前研究工作中亟待解决的一些问题, 并展望了XRF技术在考古中的应用前景和发展方向,意在提请X射线荧光光谱分析和考古工作者的注意,共同推动X射线荧光光谱分析在考古研究中的应用向纵深发展,为我国的考古事业做出更大的贡献。     

La0.8Sr0.2Co1-xFexO3材料局域结构的研究

采用溶胶-凝胶法制备了La0.8Sr0.2Co1-xFexO3样品,并测量了各样品的X射线衍射谱（XRD）和X射线吸收精细结构（XAFS）谱。XRD分析研究发现Fe的掺杂引起了La0.8Sr0.2CoO3材料相分离;在前期对X射线吸收精细结构谱近边分析的基础上,进一步分析扩展边X射线吸收精细结构谱,表明在La0.8Sr...     

软X射线荧光吸收谱测试方法的建立与应用

提出了一种软X射线荧光吸收谱测试方法。该方法克服了软X射线荧光产率低的问题,消除了荧光自吸收效应,采用部分荧光产额模式获得了材料的软X射线近边吸收结构。使用部分荧光产额模式对钙钛矿太阳能电池的埋藏元素、催化剂的低浓度元素,以及宽禁带半导体进行软X射线近边吸收谱研究。相比全电子产额模式,基于荧光产额模式的软X射线近边吸收结构在材料体相特性、不良导体和低浓度样品测试中更具优势。     

小型掠入射式近边X射线吸收谱仪的设计

近边X射线吸收精细结构(NEXAFS)谱包含了吸收原子的局域结构信息,由于其适用范围广,灵敏度高,已经成为研究物质结构的重要手段之一。为了研究有机物的碳1s NEXAFS谱,本文基于气体激光等离子体X射线光源,采用具有平场特性的凹面变线距光栅作为分光元件,面阵CCD作为光谱探测器,设计了一台小型掠入射式近边X射线吸收谱仪。通过优化光栅和CCD的装配方案,得到了入射角88.6°的装配参数。利用光线追迹法分析了谱仪的分辨率,该谱仪工作波段2~5 nm,在4.4 nm处分辨率可达666。通过分析各结构参量误差对谱线半高宽的影响发现,半高宽对入射角的误差最为敏感,优化的装配方案可以实现入射角的高精度调节。利用氮气等离子体光谱测试了光谱仪的性能,结果显示分辨率达到设计指标。     

文物研究与保护中的无损分析技术

文物信息的提取与研究对于揭示古代遗物内涵的人类社会、文化等历史信息有着举足轻重的作用。一方面可以了解古代的工艺技术特征,探寻文物制作技术起源及其发展历程;另一方面可以进行病害调查分析,为保护文物提供有效信息。由于文物不可再生的珍贵性,探索和应用现代无损分析技术进行文物研究和保护尤为重要。该文细致梳理了目前主要在文物研究与保护中的无损分析方法及其应用现状：用于文物内部和表面影像分析的X光照相技术、红外成像技术、CT技术、多光谱成像技术和三维激光扫描技术;用于文物表面微观形貌观察和显微结构分析的光学显微镜和电子显微镜;用于文物化学组成分析的X射线荧光光谱和激光剥蚀等离子体质谱分析技术;用于文物物质结构分析的微区XRD、反射式红外光谱和显微激光拉曼光谱分析技术。同时,对这些无损分析技术的优势和局限性进行了初步分析,预期随着科技研究水平的不断提高,这些无损分析技术未来将向着小型化、自动化和便携化的方向发展,在文物研究和保护中有着十分广阔的应用前景。     

微区光谱分析技术在文物颜料保护中的研究进展

颜料是彩绘文物的重要物质组成和艺术表现形式,文物颜料的保护一直是文化遗产保护领域的热点和难点。文物具有不可再生的特性,文物颜料的原位、无损、微样本的准确分析是该类文物保护的重要工作。随着各种微束技术的进步,微区光谱分析技术以精准微区定位、快速光谱扫描的工作方式,在文物保护研究中具有独特的优势,因而其应用得到了快速发展。从颜料成分分析、颜料降解褪色分析、保护效果评价等方面探讨了微区X射线荧光光谱分析（μ-XRF）、微区激光诱导击穿光谱分析（μ-LIBS）、微区拉曼光谱分析（μ-Raman）、微区红外光谱分析（μ-FTIR）、微区X射线吸收近边结构光谱分析（μ-XANES）、微区时间分辨光致发光光谱分析（μ-TRPL）、微区褪色测试（μ-FT）等技术在彩绘文物颜料保护中的应用、特点及技术难点,并从消除测量干扰、改进测量装置、研发联合装置等方面展望了微区光谱技术的发展趋势。其中,μ-XRF,μ-LIBS,μ-Raman和μ-FTIR是目前颜料成分分析常用的微区光谱分析技术,而且μ-Raman和μ-FTIR在保护效果评价中应用广泛,μ-FTIR和μ-XRF还可用于颜料降解分析。常用微区光谱技术联用并结合PCA分析和相关分析技术不仅可以鉴别文物颜料,还能为文物产地、文物断代及其真伪鉴别提供科学依据。特别是μ-XANES,μ-TRPL和μ-FT等方法属于国际领先的文物颜料分析技术,对文物颜料降解产物鉴别和分布可视化分析、颜料的起源和历史、颜料粒子迁移相关的降解现象、颜料的耐光性等研究起着关键作用。然而,目前这些方法在国内文物保护领域应用很少。因此,该研究对于推动我国文物分析及文物保护的发展具有重要意义,为文物颜料的鉴定、保护和修复提供科学指导。     

庙底沟遗址出土仰韶文化彩陶的科学研究

彩陶文化作为新石器时期的重大发明,改变了远古先民的审美方式,而著名的仰韶文化以其彩陶的优美造型、绚丽色彩和丰富的纹饰揭示了原始的艺术特征,承载了史前时期重要的社会文化信息。而利用现代光谱分析技术准确、无损和微损的特点,可以为文物保护的研究提供更科学的技术支撑。研究应用相位辅助光学三维扫描、多光谱成像、X射线荧光、激光拉曼光谱分析技术,对河南省陕县庙底沟遗址出土的新石器时代晚期仰韶文化彩陶碗进行面、点相结合的综合分析,获得了较为完整的文物物理和化学信息。利用三维扫描技术所构建的彩陶碗数字化模型对样品进行了几何尺寸的非接触测量和虚拟修复,利用多光谱成像技术所获得的灰度图像对样品表面化学特征相似区域进行了区分,结合X射线荧光和激光拉曼光谱分析技术对彩陶残片的分析结果,确定了所分析彩陶样品的主要化学成分特征和颜料物相组成。综合研究结果,提出了建立彩陶文物多源信息数字化模型的构想,为这类文物的数字化保护和展示提供了基础科学信息。     

光谱分析技术在彩绘文物颜料分析中的应用

对颜料进行准确、无损或微损分析是文物保护领域研究的热点与难点。随着文物保护研究的不断开展及多学科技术的广泛交叉、融汇,各种光谱技术逐渐被应用到彩绘文物颜料的分析之中。从元素分析、结构分析、微区与形貌分析三方面探讨了X荧光光谱分析法、激光拉曼光谱法、光导纤维反射光谱法等常用光谱分析技术在彩绘文物颜料分析中的应用、特点、局限性及应用前景。     

红外光谱的煤精类文物材质判别方法

我国是世界上最早使用煤及煤精的国家之一,但对考古出土煤精文物的研究发现,煤精文物原材料的质地常常偏离宝石学中对有机宝石煤精的定义。在此提出“煤精类文物”的概念,将以往出土文物中如褐煤、烛煤等与煤精文物材质近似但不同的材料归至同一文化概念中。目前对于煤精类文物制品的科学研究仍存在较大空白,其中最为基础的材质种类判别也没有科学的判断方法。以陕西周原贺家墓地、陕西咸阳岩村墓地、新疆吐鲁番胜金店墓地、新疆伊犁吉仁台沟口遗址四个遗址出土的16件煤精制品和原料为研究对象,初步探索漫反射傅里叶变换红外光谱在出土煤精类文物成分分析中的应用。结果表明,不同遗址出土的煤精类文物的红外谱图有较为明显的不同,同一遗址出土的煤精类文物的红外谱图在特征波段具有相似性,不同遗址煤精类文物则差异明显。使用Norris二阶导数法对红外光谱进行处理,提高吸收峰分辨率,为精细研究提供信息,选择特殊红外光谱参数I=A_{820 cm-1}/A_{2 870 cm-1}定量分析不同样品的红外光谱,结合静水称重得到的部分样品的密度信息,对出土的煤精类文物制品材质的煤化程度初步判断。结合红外光谱特征波数的强度进一步通过主成分分析解释煤精类文物的红外光谱信息,来自不同遗址的煤精类文物样品在主成分分析得分图中得到了良好的区分,并且可以与特殊红外光谱参数I判别的初步结论互相对应。验证了以漫反射傅里叶变换红外光谱为主的无损分析方法在煤精类文物材质判别中应用的可行性;若结合不同产地煤精矿样红外光谱,则可以为煤精类文物产地判别提供研究方法。     

天水仙人崖石窟壁画颜料层原位-无损分析研究

壁画是我国极为重要的文化遗产类型,具有极高的历史价值、艺术价值、科学价值、文化价值和社会价值。颜料层作为壁画的核心价值所在,包含古代历史文化、宗教信仰、政治经济、科学技术等多方面的信息内涵。常规的颜料层分析方法有原位无损和微损取样两种,取样分析方法虽能满足这类珍贵、脆弱文物的研究,但获取样品数量有限且会对本体造成不可逆转的损伤。综合运用数字成像以及光谱等分析技术对天水仙人崖石窟壁画颜料层进行工艺与制作材料研究。结果显示,正射影像图能够真实记录壁画当前纹理信息,色度仪可以量化表征壁画颜料的颜色,红紫外摄影可以提取可见光下不易探查的壁画绘制线稿、修复痕迹等隐含信息,高倍数码显微镜可观察壁画表面的微观形态及破损处的层次信息,便携式X射线荧光光谱仪可检测出颜料中的元素由此判断主要显色元素,高光谱采集所得数据与标准图谱比较后能够准确判定颜料的矿物种类。因此,多种原位无损分析方法的联合运用,可以减少对文物的直接干预,亦可达到对壁画颜料层认知的目的。这些非接触式的无损检测方法,可精细化研究壁画颜料层的色彩、物理、化学属性等内容,是壁画现场分析的重要手段,可在石窟寺、寺观殿堂、墓葬壁画的研究上进行推广,发挥其应有之用。     

Comparative Studies Using EXAFS and PAC of Lattice Damage in Semiconductors

We have used the perturbed angular correlation (PAC) method and extended X-ray absorption fine structure spectroscopy (EXAFS), along with microscopic methods to investigate the implantation induced disorder and characterize the ion-induced amorphisation of elemental and compound semiconductors.     

无损光谱技术在彩绘陶质文物分析中的应用进展

彩绘陶质文物拥有丰富的信息内涵,对于研究我国古代历史文化、经济商贸、科学技术发展起到极其重要的作用。但由于彩绘陶质文物的珍贵性和不可破坏性,普通分析技术难以满足其测试要求,近年来无损光谱技术被引入文物分析检测领域并逐渐得到应用。本工作从彩绘颜料分析、陶胎分析以及器物信息提取等三个方面阐述了激光拉曼显微光谱、激光诱导击穿光谱、能量色散X射线荧光光谱等无损光谱技术应用的现状、方法原理、特点及局限性,并对无损光谱技术在彩绘陶质文物分析中的应用进行了展望。     

可见光谱法无损识别壁画文物矿物质颜料的研究

针对取样分析技术破坏壁画文物完整性问题,提出非接触式可见光谱法原位无损识别壁画文物矿物质颜料物质成分和粒径的方法。构建非接触式获取平台原位无损采集壁画文物表面可见光谱;通过调研和实测数据分析,制备了壁画矿物质颜料可见光谱数据库。分析数据库中的光谱数据发现：同种化学成分的颜料具有相同的吸收特性,表现为光谱曲线峰值位置和几何轮廓的相似性;在不同粒径下又呈现出不同的散射特性,表现为光谱曲线幅度的差异性。为此,构建了壁画文物矿物质颜料物质成分和粒径的可见光谱法无损识别流程和识别方法,即提取光谱曲线几何轮廓特征构建表征空间实现了颜料物质成分的识别;在此基础上,提出了矿物质颜料需进行物理特征识别的理念,并建立了光谱曲线幅度积分值与颜料平均粒径间的拟合关系,实现颜料粒径识别。以敦煌莫高窟壁画为例验证了该方法的可行性。     

基于手持式X荧光光谱仪对乐山大佛赋存砂岩的分析

为探索手持式X荧光光谱仪在石窟研究和保护中的应用,结合岩相分析和前期地调数据,使用手持式X荧光光谱仪,对四川乐山大佛从佛脚到胸部位置共42 m厚的砂岩以平均0.5 m间隔进行高密度XRF测试,做出元素含量和比值变化曲线。研究结果显示,手持式XRF测试结果中的Si,Ca,Al和Fe等主量元素可以较好地与岩相分析结果和自然层划分结果吻合,反映石英、方解石、褐铁矿的含量变化以及岩屑绢云母化程度。元素比值能够反映厚层块状岩体内部的抗风化能力差异,Si/(Si+Fe+Al)可以反映砂岩胶结物含量变化和受溶蚀程度,(K₂O+CaO)/Al₂O₃指示抗化学风化强度变化,S元素含量与Fe、Mn元素的去耦合指示了溶孔发育,综合反映了大佛赋存岩体在胶结物成分、孔隙度和层理发育方面的情况。Cl元素的两段高值与乐山大佛胸部带状滞状区及大佛脚部潜水区高度吻合。手持式X荧光光谱仪应用在石质文物分析中具有以下三个优势：（1）对大型、不可移动的石质文物本体来说,手持式X荧光光谱仪提供了高效、无损的岩石化学成分分析手段,主量元素的含量及分布可以较好地与赋存岩体的岩相分析结果和自然层划分结果吻合,能够成为石质文物本体岩性和岩层划分的辅助手段,有利于进行不同区域石质文物的对比研究。（2）对凿造于同一厚层块状岩层中的石质文物来说,手持式X荧光光谱仪能够满足测试间隔不到0.1 m的高分辨XRF扫描,元素比值的波动和元素间耦合关系的变化反应胶结物成分、孔隙度、溶孔发育度等方面反应块状岩体抗风化能力的内部差异。（3）Cl元素含量变化曲线可以精确指示含水量高的岩层,有助于进行滞水、透水情况和水患防治重点的评估,为处于不同气候和水文条件下的石质文物进行病害位置和机制对比提供辅助信息。