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X射线能谱岩芯扫描技术及其在海洋科学研究中的应用

中国科技纵横 / 2018年09月02日 05:21

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X射线光电子能谱技术在腐蚀研究中的应用.pdf

徐小芳

摘 要:随着我国现代化水平的不断提升,海洋科学的探测也不断深入,通过利用X射线能谱岩芯扫描技术,不仅能够实现快速高效无损的扫描,同时还能够更加有效的针对海洋科学进行深入探索,从而促进我国海洋科学探测水平不断提升。本文通过对X射线能谱岩芯扫描技术进行深入研究,明确了该扫描技术的工作原理,并且明确了X射线能谱岩芯扫描技术在海洋科学研究中的应用效果。

关键词:X射线能谱岩芯扫描技术;应用分析;海洋科学

中图分类号:TG115.21 文献标识码:A 文章编号:1671-2064(2018)14-0223-02

X射线能谱岩芯扫描技术就是通过利用X射线进行激光扫描,并且根据激光射线的波长和强度确定样品的化学成分。在最开始,X射线能谱岩芯扫描技术能够安装在岸上和船上的实验室,针对海底的化学成分进行快速准确的鉴定,弥补了传统分析仪器存在的不足,提升了在海洋科学研究中的重要作用。

1 X射线能谱岩芯扫描技术的结构以及工作原理

从目前来看,X射线能谱岩芯扫描技术主要包括数字光学成像系统,X射线成像系统、XRF分析系统以及冷却系统和电脑软件保护系统,本文通过对关键系统进行深入研究,从而明确其主要结构和工作原理。X射线能谱岩芯扫描分析仪能够直接沿着岩芯的深度方向扫描岩芯剖面,在电脑软件上获得能谱图,因为X射线的波长与元素种类有着对应的关系,且射线的强度与元素的含量也有着一定关系,所以通过对能谱图进行实际分析,且保证对岩芯内部的化学元素进行了准确的测量和记录,就可以得到元素含量的相对变化。通过X射线能谱岩芯扫描技术,可以在短时间内判断岩芯中指示性元素的变化规律,进一步推断该地区的地理环境,成岩过程,以及污染物质等方面的影响,尤其是在海洋科学研究的过程中,能够有效克服人工无法到达的区域,同时减轻人工作业负担,提高检测的精度。利用X射线能谱岩芯扫描技术可以根据海底的古环境,进行化学特征的模拟变化与模型重建。例如沿着样品的纵向深度方向,在仪器上进行连续自动的高灵敏度检测,并且最终形成清晰度更高的图像采集结果,根据采集到的数据信息和图像内容进行对应,提高了仪器的综合使用效果,实现了检测的连续性。另外由于X射线能谱岩芯扫描仪自动化程度非常高,并且能够长时间的不间断作业,所以对于样品的连续性分析,具有安全稳定可靠的效果。目前随着我国对于海洋科学的深入探索,通过利用X射线能谱岩芯扫描技术能够极大的促进海洋科学的研究与开发,从而更好地促进我国社会经济的发展[1-2]。

1.1 光学成像系统

通过光学成像系统的高分辨率摄像头和激光三角测量器,能够针对样品表面进行高分辨率的图像拍摄,并且进行针对性的分析,利用X射线、照相技术,能够快速的设置图片中的各项参数,并且,将位置与数据进行准确对应,在光学图像扫描的过程中,利用三角测量系统记录样品表面的平整程度曲线,从而形成海底环境的模型,提高测量的精准程度。

1.2 数字X射线成像系统

数字X射线成像系统,包括两个部分,即射线发生器和扁平光束。光学系统在通常情况下能够利用X射线发生器,根据不同的测量目标,切换成不同的阳极靶,并且可以快速的进行数据元素分析。在实际测试的过程中,如果电压电流在30毫安左右能够获得非常良好的效果。通过X射线射出之后,激光光束系统能够快速形成矩形光束,这样的装置可以避免X光射线的散射,提高了X光线成像的精准度。

2 X射线能谱岩芯扫描技术的工作流程

X射线能谱岩芯扫描技术的工作流程大体上基本一致,仅有细微的差别。所以本文从一般规律性进行讨论工作流程。

首先,在进行工作之前,必须要针对仪器的冷却水流量和温度进行判断,保证初始电压和电流符合正常的要求范围。在未使用前进行预热,同时将电脑上的各种软件打开,通过将软件与设备进行无线连接,并且对各项设备进行全方位系统化的判断与处理,保证设备运行的效果。然后针对X射线管的类别进行合理化选择。打开样品槽盖,根据样品的直径合理调节样品的高度和长度,通过软件对样品表面进行测量与描绘,并且记录平面平整度的曲线,然后进行自动调试,通过这样的方式,能够避免探头与样品之间发生碰撞,从而保证探头的相对安全距离,提高测量的精准程度。经过这些步骤方法,能够提高探测软件自动学习的水平,并且,为后续的检测提供良好的基础。设置完X射线照相的射线强度之后,通过利用Excel表格分析参数。对软件所呈现出的测量元素进行参数设定,通过对样品的实际情况进行针对性的调整,更好的实现元素峰值与标准曲线之间的拟合,适当延长测试点扫描的时间,提高测试的结果。在测试结果得出之后,可以通过自动记录仪,将各种参数进行准确的记录,并且形成一定的数据资料。最后将软件平台恢复到初始位置,调整X射线照相机的二极管阵列。根据设置的参数,存储位置进行数据读取,并且将样品与数据进行准确的对应,提高了整个探测结果的自动化处理。

3 输出结果的分析

由于X射线能谱岩芯扫描技术能够同时输出光学图像、X射线图像以及元素密度曲线等内容,所以可以将光学图像与X射線图像进行重合,提高样品的纹理属性、结构特征等数据信息,实现元素数据的准确对应,从而有效的提高样品元素的测试效果,包括样品密度、含水量、表面平整度等方面的性质,通过这些内容的整合,可以极大的提升探测的效果。由于元素之间存在着较大的相似性和差异性,所以必须要每一种元素都能够在元素周期表中具有明确的位置关系。通常情况下,常量元素与微量元素之间的关系统称为元素含量和元素组合,这些数据的判断能够进一步帮助我们掌握地球的化学元素变化规律,也能够更好地针对地球化学进行有效研究。通过对元素的组合量进行探讨与分析,可以在短时间内提升地壳界面的化学研究。例如,通过利用X射线能谱岩芯扫描技术针对结构进行化学研究,可以更好地针对测试结果进行解释与说明。

在利用X射线能谱岩芯扫描技术的过程中,最主要的就是通过对岩芯沉积方向垂直纹理层进行监测,通过利用X射线形成一条光斑,并且该光斑的宽度大约为十几毫米,长度与分辨率对应,能够通过调节光斑长度提升岩芯扫描的分辨率。在海洋科学研究的过程中,通过对海底原化学元素的含量进行分析,可以有效的判断海底的自然环境资源,以及金属矿藏具体位置,同时还可以针对海洋底部环境污染问题进行分析。

对于X射线能谱岩芯扫描技术来说,通常会运用到全反射,叫狭缝系统,通过仪器控制与能谱数据的处理分析,可以实现自动化扫描,并且针对岩芯的样品进行X射线荧光编程分析,最终实现多种元素的共同检测,极大的提高了元素的灵敏程度,保证岩芯内部元素含量分布曲线有效提升,同时也能够自动生成元素含量的分布表,更加直观的展现出海底环境的变化情况[3]。同时为了极大的提升對海底模型监测的效果,必须要采用千兆数据量级别的照相图像数据采集相机,通过利用扫描相机能够有效的提高像素分辨率,数据图像不仅能够准确的呈现出具体的图像细节,而且还可以深刻的记录,并且揭示出岩芯沉积物表面的具体过程,例如以1.4米岩芯作为案例进行测量,必须要通过自动采集14000张元素图谱,并且将这些图谱按照文件的内容进行统一归档,每一张元素谱在记录完成之后都必须要经过五个步骤,即能量刻度、减背景、寻峰、匹配元素以及求面积,采集元素谱的随机事件很多,能谱峰形特点各异,我们采用了多个智能算法,实现了这一自动化功能。最终形成元素图谱,通过利用自动化软件进行处理,极大的节省运算时间,也更加有效的提高检测的准确率[4]。

4 海洋研究方面的应用

X射线能谱岩芯扫描技术在海洋科学中的应用具有非常明显的效果,例如,测量浊流沉积以及浊流演变评价海底沉积物等方面。

4.1 浊流沉积及演变

由于不同的化学元素之间的比率均有较大差距,所以沉积物在追击的过程中,会根据这些不同的信息进行分类。例如,铁和钙的化学元素比率比较好,能够更好的分辨出浊流沉积层和远洋沉积层,但是因为远洋沉积层的物质要比浊流沉积层的含量要高很多。同时还可以根据RB元素与碎屑土进行判断,通过这些信息的整合与分析,可以更好的还原浊流沉积的过程,同时还可以对海洋地质环境进行分析。

4.2 对于海底沉积物的探测

海底沉积物,有机碳含量被广泛的应用,利用海洋生物物质与X射线能谱扫描技术对沉积物的有机物质特征进行分析,可以明确的为全球变暖提供重要的参考依据。

5 结语

本文针对X射线能谱岩芯扫描技术进行全面的分析。并且针对关键性技术、具体操作进行了总结与思考。通过利用X射线能谱岩芯扫描技术,不仅可以在短时间内提升对于岩石的细节测量效果,同时还可以有效增强对于指标性元素的充分考虑,进一步提升岩石的检测效果。同时,利用X射线能谱岩芯扫描技术在海洋科学中的探测,可以针对目标海域制作模型,强化海洋深处化学元素的采集与整理,提升海洋科学的研究深度与研究广度,进一步针对海洋深处的变化与发展进行研究。

参考文献

[1]祝轶琛.弱光响应的多元复合催化剂的开发及其在海水体系中光催化降解有机物过程[D].浙江工商大学,2017.

[2]姚鑫雅.XRF岩芯扫描技术在宁绍平原全新世海平面变化重建中的应用[D].南京师范大学,2016.

[3]李强,杨天邦,黄雪华,涂公平.质控图法评定测量不确定度在X射线荧光光谱法分析领域的应用[J].分析仪器,2015,(04):66-70.

[4]李强,张学华.粉末压片-X射线荧光光谱法测定深海富铁粘土中主次量组分[J].冶金分析,2018,(04):57-62.

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