什么是X射线

在现在看来，x-射线已经被研究和利用得很充分了。然而x-射线的发现和使用历史也不过127年。1895年12月22日，伦琴（W.C.Röntgen）把妻子的手放到照相底板上照了一张照片，这是人类的张x-射线照片，伦琴于1895年12月28日发表题为《关于一种新的射线》的论文，他也因为发现了x-射线而获得1901年诺贝尔物理学奖。

图1.x-射线应用举例

x-射线是一种我们看不见的光波，波长比紫外线波长还短，因此能量非常高。x-射线穿过物质时会被吸收，跟物质的成分和密度相关，基于此开出了x-光片技术；发射光具有物质所含元素的能量特征，基于此，x-射线技术被广泛使用在现场实时分析多种材料中的主要和微量（ppm级）元素。

图2.光谱图和x-光波波长/频率示意

什么是XRF技术？

XRF就是x-射线荧光(x-RayFluorescence) 技术的简称，是一种用于确定材料化学成分的无损分析技术。

当样品在原级x-射线源的激发作用下，次级x-射线（或x-射线荧光）就会出现。由于这种荧光对于样品的元素组成来说是特别的，样品中的每种元素会产生一组特异性次级x-射线，而这组射线就是特定元素的“指纹”。因此XRF是一项定性和定量材料成分分析技术。H.Friedmann和L.S.Birks于1948年制成台波长色散x-射线荧光分析仪，60年代XRF光谱分析法在分析领域的地位得以确立。如今，该方法被广泛应用于工业领域。

XRF的工作原理

使用从受控x-射线管发出的高能x-射线照射固体或液体样品，当样品中的原子被具有足够能量（大于该原子K或L壳层结合能）的x-射线击中时，原子的内轨道壳层中的一个电子会被射出，原子具有较高能量的轨道壳层中的一个电子会内轨道壳层中的空位，使该原子重新稳定，电子通过释放荧光x-射线下降到较低能态。x-射线的能量等于电子的两个量子态之间的特定能量差，该能量的测量是XRF分析的基础。

图3.XRF的工作原理示意图

XRF光谱分析

样品中的每个元素会产生一组该特定元素的特异性荧光x-射线，因此XRF光谱分析法特别适用于元素分析。检查x-射线能谱及其“散射峰”，则是对这种元素“指纹”阐述。大多数原子都具有多条电子轨道（例如K 壳层、L壳层和M 壳层），当电子在x-射线能量的作用下进出这些壳层时，不同强度的XRF峰会出现在光谱中。峰能量可用于元素鉴定，峰高度/强度则表示元素的浓度。

手持式XRF分析仪

便携式、手持式XRF仪器自20世纪50年代进入商业市场以来，已经走过了漫长的道路，这个曾经笨重、有放射性的台式设备已经发展成为一种相对较轻的手持设备，其结果与实验室中获得的结果相当。如今市面上的便携式XRF分析仪已实现微型化，可进行超高速分析，具备实验室质量性能，已成为无损元素分析的标配。被广泛应用于各种各样的行业，包括采矿、金属、农业、艺术、环境和制药等行业。

图4.便携式X射线荧光（XRF）仪器发展史重要节点

赛默飞便携式IonicX XRF离子盐分析仪

2019年，赛默飞世尔科技在众多XRF仪器基础上，推出了一款便携式IonicX XRF离子盐分析仪，专为识别和鉴定生物制药和制药中使用的前五种盐-氯化钠（NaCl）、（KCl）、氯化镁（MgCl2）、氯化钙（CaCl2）和氢氧化钠（NaOH）。此功能可以减少制药材料测试的时间和成本，且满足合规性和严格的质控标准。IonicX符合GMP和Part11要求，专为制药行业设计，易于使用、便携、快速、仅需少的样品制备。企业可以使用新的便携式XRF分析仪在数十秒内验证仓库中离子盐的身份，这比传统的台式技术或湿化学法要快得多，其检测结果，与实验室检测质量相当，节省在传统分析技术上花费的时间和。

“合规性和效率是原材料经理关心的问题…制药公司购买这些盐，并需要测试每个容器以满足严格的监管要求。当使用标准湿化学实验室，这是一个繁琐且昂贵的过程。使用便携式XRF分析仪，可以在几秒钟内在仓库地板上完成测试”。

——赛默飞世尔科技产品经理 Kyle Dumke

图5.便携式离子盐分析仪IonicX XRF工作原理及实物图

下图是（KCl）的XRF光谱示例，x-射线管电压45KV，管目标为Ag。光谱具有几个与低能量钾（K）和氯（Cl）谱系相关的X射线荧光条带。11.9KeV和13.3KeV附近相对较小的峰可能是样品中痕量的Ti和Br。

图6.KCl XRF光谱示例

制药企业在生产过程中也需要使用氯化钠原料。按照要求，每一个包装袋内的样品均需要进行检查。然而在原料搬运、拆封包装袋、取样、实验室检验等环节耗费了人力、物力和时间成本，而且存在污染样品的风险，这一问题急需解决。

采用IonicX XRF便携式离子盐分析仪，现场创建检测方法，打开氯化钠原料外包装，透过内层的聚乙烯塑料袋即可直接采集氯化钠样品的光谱图，从而实现样品的非接触快速鉴别。

图7.现场测试及结果显示示例（创建NaCl检测方法对NaCl和MgCl2进行鉴别）

便携式离子盐分析仪IonicX XRF产品特点：

• 无需样品制备，数十秒即可快速验证各种离子盐

• 原材料无损检测；

• 测试步骤简单，操作人员无需进行且繁复的培训；

• 轻巧占用空间小，便于携带；

• 符合21 CFR Part 11法规要求，具备电子签名、用户访问控制和审计追踪功能；

• 支持 Wi-Fi/热插拔电池；

• IP54 认证（防溅/防尘）。