回顾1、自由电子激光原理及应用 2、散裂中子源原理及应用、“绿色”核能源 3、低能加速器及其在国民经济中的应用，辐 射加工，电子束氨法脱硫脱硝技术，公共安 全领域的应用，生物体辐照1第五讲 核分析技术1、x射线荧光分析 2、中子活化分析 3、离子束分析 4、核效应分析2越王佩剑1965，出土于湖北荆州望山楚墓群，现藏于湖北省博物馆3鸟篆铭文 含义—— “越王勾践 自作用剑“ 4揭开越王佩剑 千古不锈之谜复旦大学 静电加速器实验室上海原子核研究所 活化分析组北京钢铁学院5• 采用质子x荧光非真空分析法对越王勾践剑进行 了无损科学检测，结果发现，越王勾践剑的主 要成分是铜、锡以及少量的铝、铁、镍、硫组 成的青铜合金剑身的黑色菱形花纹是经过硫 化处理的，剑刃的精磨工艺水平可同现代在精 密磨床上生产出的产品相媲美因剑的各个部 位作用不同，因此铜和锡的比例不一剑脊含 铜较多，能使剑韧性好，不易折断；而刃部含 锡高，硬度大，使剑非常锋利；花纹处含硫高 ，硫化铜可以防止锈蚀，以保持花纹的艳丽6• 不同成分的配比在同一剑上是怎样铸制的呢？ • 专家们分析认为，古代工匠掌握了当今运用成 熟的“金属固体渗透”工艺，也就是类似现在的纳 米技术，可使细小的金属锡自动覆盖到剑体， 达到保护剑体不受侵蚀的目的，而非过去盛传 的“涂镀说”。
• 此外，暗格纹饰是以其他物质遮挡，在没有锡 层保护下经长期腐蚀产生的这是一种高难度 的复合金属工艺，即分两次浇铸使之复合成一 体这种复合金属工艺，世界上其他国家是到 近代才开始使用的，而我国古代的能工巧匠早 在两千多年前便已采用7越王佩剑各部位元素成分分析部位CuSnPbFeSAs 剑刃80.318.80.40.4黄花纹83.115.20.80.8微量黑花纹73.922.81.41.8微量 微量黑花纹特黑处68.229.10.91.20.5微量剑格边缘57.229.68.73.40.9微量 剑格正中41.542.66.13.75.9微量8三鹿奶粉与婴儿91、石家庄三鹿集团股份有限公司生产的三鹿牌婴幼儿配方奶粉， 抽样数11，不合格数11，三聚氰胺最高含量每公斤2563毫克 ； 12、山西雅士利乳业有限公司生产的雅士利牌婴幼儿配方乳粉，抽样数4， 不合格数2，三聚氰胺最高含量每公斤26.30毫克；2、上海熊猫乳品有限公司生产的熊猫可宝牌婴幼儿配方奶粉，抽 样数5，不合格数3，三聚氰胺最高含量每公斤619毫克；13、深圳金必氏乳业有限公司生产的金必氏牌婴幼儿配方乳粉，抽样数2， 不合格数2，三聚氰胺最高含量每公斤18毫克；3、青岛圣元乳业有限公司生产的圣元牌婴幼儿配方奶粉，抽样数 17，不合格数8，三聚氰胺最高含量每公斤150毫克；14、施恩广州婴幼儿营养品公司生产的施恩牌婴幼儿配方乳粉，抽样数20 ，不合格数4，三聚氰胺最高含量每公斤17毫克； 4、山西古城乳业集团有限公司生产的古城牌婴幼儿配方奶粉，抽 样数13，不合格数4，三聚氰胺最高含量每公斤每公斤141.6 毫克； 15、广州金鼎乳制品厂生产的金鼎牌婴幼儿配方乳粉，抽样数3，不合格数 1，三聚氰胺最高含量每公斤16.20毫克； 5、江西光明英雄乳业有限公司生产的英雄牌婴幼儿配方奶粉，抽 样数2，不合格数2，三聚氰胺最高含量每公斤每公斤98.6毫 克； 16、内蒙古伊利实业 集团股份有限公司生产的伊利牌儿童配方乳粉，抽样 数35，不合格数1，三聚氰胺最高含量每公斤12毫克；6、宝鸡惠民乳品集团有限公司生产的惠民牌婴幼儿配方奶粉，抽 样数1，不合格数1，三聚氰胺最高含量每公斤每公斤79.17 毫克；17、烟台澳美多营养品有限公司生产的澳美多牌婴幼儿配方乳粉，抽样数6 ，不合格数6，三聚氰胺最高含量每公斤10.70毫克； 7、内蒙古蒙牛乳业有限公司生产的蒙牛牌婴幼儿配方乳粉，抽样 数28，不合格数3， 三聚氰胺最高含量每公斤68.2毫克； 18、青岛索康营养科技有限公司生产的爱可丁牌婴幼儿配方乳粉，抽样数 3，不合格数1，三聚氰胺最高含量每公斤4.80毫克； 8、中澳合资多加多乳业天津有限公司生产的可淇牌婴幼儿配方， 抽样数1，不合格数1，三聚氰胺最高含量每公斤67.94毫克 ； 19、西安市炎凉区百越乳业有限公司生产的育宝牌婴幼儿配方乳粉，抽样 数3，不合格数1，三聚氰胺最高含量每公斤3.73毫克； 9、广东雅士利集团股份有限公司雅士利牌婴幼儿配方乳粉，抽样 数30，不合格数8，三聚氰胺最高含量，每公斤53.40毫克；20、烟台蕾蕾乳品有限公司生产的蕾蕾牌婴幼儿配方乳粉，抽样数3，不合 格数3，三聚氰胺最高含量每公斤1.20毫克；10、湖南培益乳业有限公司生产的南山倍益牌婴幼儿配方乳粉， 抽样数3，不合格数1，三聚氰胺最高含量，每公斤53.4毫克 ； 21、上海宝安利乳品有限公司生产的宝安利牌婴幼儿配方乳粉，抽样数1， 不合格数1，三聚氰胺最高含量每公斤0.21毫克； 11、黑龙江省麒麟乳业责 任有限公司生产的婴幼儿配方乳粉，两 段基粉抽样数1，不合格数1，三聚氰胺最高含量，每公斤 31.74毫克；22、福鼎市陈冠乳业有限公司生产的聪尔壮牌婴幼儿配方乳粉，抽样数1 ，不合格数1，三聚氰胺最高含量每公斤0.09毫克；10痕量元素分析法• 光学方法：分光光度法、原子发射光谱法、原子荧光光 谱法、化学发光法等； • 电化学方法：极谱分析法、库仑分析法、电位法和计时 电位法等； • 色谱法：气相色谱法、液相色谱法、离子色谱法等。
通过液相色谱、气相色谱等色谱手段进行定量、定性的 分析方法称为色谱分析法 • X射线法：电子微探针法、X射线荧光光谱法等； • 放射化学法：活化分析法、同位素稀释法、放射性标记 分析法等； • 质谱法：二次离子质谱分析、火花源固体质谱11（一）核分析技术基础核分析技术：利用 物质的天然放射线（ αβγ）或者利用人 工放射线（中子、光 子、离子和正电子） 与物质的原子或原子 核相互作用，采用核 物理实验技术，测定 元素含量，或研究物 质分子和结构的分析 方法蛋白结构12核分析技术靶物质核探测器射线源核分析 技术最早用于分析铀矿石样品中放射性元素的含量13核分析技术分类• （1）X射线荧光分析：以一定能量的光子 （γ射线、X射线）或带电粒子（电子、质 子、α射线和其它离子等）轰击样品，使 样品中待测元素的原子处于高能激发态， 而后放出特征X射线根据被测定的特征 X射线能量，可确定被激发原子所属元素 （即定性），根据其强度可确定该元素的 含量（即定量）14（2）中子活化分析：通过鉴别和测量试样 受中子辐照感生的放射性同位素的特征辐 射，进行元素和核素分析的核分析方法 • 是最早发展的核分析技术，主要用来分析 测定物质体内痕量杂质元素的平均浓度。
核分析技术分类15核分析技术分类3) 离子束分析（Ion Beam Analysis）：以 低能加速器为基础的离子束分析技术，其 中瞬发核反应分析、卢瑟福背散射分析和 沟道技术是常用的离子束分析技术，已成 为固体表面研究不可缺少及不可替代的分 析手段七十年代发展起来的加速器质谱 计，能对稀有同位素进行超灵敏分析，为 采用毫克（mg）乃至微克（mg）重量级 样品进行放射性断代等研究开辟了道路16核分析技术分类4) 核效应分析（Nuclear Effect Analysis ）利用核效应的各种核分析技术，如穆 斯堡尔效应、正电子湮没、扰动角关联、 核磁共振等，是研究物质微观结构的有效 分析技术17核分析技术的优点• 1) 灵敏度高（加速器质谱计可以达到 克；中 子活化分析可分析每克样品中的 杂质含量； 背散射分析可达到样品表面层1nm深度的结构） ； • 2) 准确度好，误差小，不破坏样品的宏观结构； • 3) 多元素同时分析（中子活化分析可以同时对几 十种元素进行分析）； • 4) 易于实现自动化分析每种核分析技术都有其 独特的优点和适用分析范围，可选择的余地大18中科院核分析技术实验室19交叉学科发展的产物• 核分析技术与考古学：如碳14断代年代法； • 核分析技术与天体物理：粒子天体物理； • 核分析技术材料科学：沟道效应 • 石油核测井技术：利用辐射与物质相互作用的 各种效应或岩石本身的放射性，以射线探测仪 探测地层物理性质，元素组成以及井下技术参 数的物探方法。
核测井包括放射性测井，核磁 测井和放射性示踪测井主要用于石油、油气 、煤田和金属矿的勘探中 20核分析技术• 基本原理：相对测量利用样品本身放射 性核素产生的αβγ射线能量和强度来测 定样品中放射性元素的含量将未知含量 的样品与已知含量的标准源做对比测量， 也叫对比分析21• 放射源的射线在穿过源体的路程中会被源 体自吸收或散射，这种现象称为射线的自 吸收 • 干扰核素或射线影响的消除：（1）分离干扰核素（2）消除干扰射线（3）解方程的方法22如何分离干扰核素？1、对样品做一系列化学处理，提取待测元素，摒 弃干扰元素，然后测量待测核素的某种射线— —放射化学分析法 2、利用元素在常温下的物理状态不同，使被测元 素与干扰元素分离比如氡是气体，可将样品 中的氡引入测量装置，达到与其它辐射体分离 的目的 3、利用放射性核素半衰期不同，待半衰期短的核 素衰变完再测量23如何消除射线影响？1、利用射线穿透能力不同，用屏蔽法消除干扰射 线α与β同时出现；β与γ同时出现 2、利用探测器对不同射线的探测效率不同，减少 干扰射线的影响如测量β射线时用薄的塑料 闪烁体可大大降低γ射线计数率；利用ZnS闪烁 计数器测定α射线，可大大降低β与γ射线的 干扰。
3、利用能谱仪测量特定能量段的射线强度γ射 线的能谱犹如核素的指纹，是放射性核素的特 征物理量，利用能谱仪测量可有效消除非测量 对象γ射线的影响24（二）X射线荧光分析• 原理：以一定能量的光子（γ射线、X射 线）或带电粒子（电子、质子、α射线和 其它离子等）轰击样品，使样品中待测元 素的原子处于高能激发态，而后放出特征 X射线根据被测定的特征X射线能量，可 确定被激发原子所属元素（即定性），根 据其强度可确定该元素的含量（即定量） 25荧光分析仪• X射线荧光分析具有 高灵敏度、非破坏性 、多元素定量分析等 特点广泛应用于实 验室和工矿企业，包 括材料、生物医学、 环境保护、考古学等 领域26X射线荧光分析• X射线荧光分析已成为实验室和工矿企业 中元素分析的常规手段激发源从X光管 、放射源激发的X射线荧光分析，发展到 用质子激发的X射线荧光分析及同步辐射 X射线荧光分析探测器从正比计数器、 闪烁晶体发展到半导体探测器测量X射线 27X射线荧光分析基本原理X射线的获得： 1. 韧致辐射--连续谱X射线管示意图2. 特征X射线的产生机制当原子受外来粒子或辐射的轰击，原子核外的内 层电子（以K层为主）被击出原子而留下空位，即原子 处于激发态，称之为原子的受激。
28原子退激：较外层的电子就会通过两种方式跳 回空位，称之为退激1. 放出特征 X 射线，其中，以从 L 层电子跳 到 K 层，称为 线以金，银，铜三元素为例：X射线能量 ；X射线能量 ；X射线能量 从X射线能量可以辨别元素2. 通过发射俄歇电子退激：以L 层电子跳回K层电 子为例，其能量不是通过发射X 射线，而是把能量又 交给L层电子，使这个电子逸出原子，称为俄歇电子 ，并在原子外层电子留下两个空位29• 发射特征X射线和俄歇电子是同时存在、 互相竞争的两个过程，因而待测元素的被 激发原子并非百分之百地产生特征X射线 ，而荧光分析只测量特征X射线 • 荧光产额：发射特征X射线的截面与产生 电子空位的截面之比 • 荧光产额与原子序数Z及电子壳层有关，Z 高，荧光产额也高，才会有高的灵敏度301).波长色散法 布喇格法则：当晶面间距为d，只要改变入射束与表 面的夹角，则可测量发生衍射的射线的波长著名的布喇格公式：2).能量。