X射線能譜巖芯掃描技術及其在海洋科學研究中的應用

徐小芳

摘 要：隨著我國現(xiàn)代化水平的不斷提升，海洋科學的探測也不斷深入，通過利用X射線能譜巖芯掃描技術，不僅能夠實現(xiàn)快速高效無損的掃描，同時還能夠更加有效的針對海洋科學進行深入探索，從而促進我國海洋科學探測水平不斷提升。本文通過對X射線能譜巖芯掃描技術進行深入研究，明確了該掃描技術的工作原理，并且明確了X射線能譜巖芯掃描技術在海洋科學研究中的應用效果。

關鍵詞：X射線能譜巖芯掃描技術；應用分析；海洋科學

中圖分類號：TG115.21 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）14-0223-02

X射線能譜巖芯掃描技術就是通過利用X射線進行激光掃描，并且根據(jù)激光射線的波長和強度確定樣品的化學成分。在最開始，X射線能譜巖芯掃描技術能夠安裝在岸上和船上的實驗室，針對海底的化學成分進行快速準確的鑒定，彌補了傳統(tǒng)分析儀器存在的不足，提升了在海洋科學研究中的重要作用。

1 X射線能譜巖芯掃描技術的結構以及工作原理

從目前來看，X射線能譜巖芯掃描技術主要包括數(shù)字光學成像系統(tǒng)，X射線成像系統(tǒng)、XRF分析系統(tǒng)以及冷卻系統(tǒng)和電腦軟件保護系統(tǒng)，本文通過對關鍵系統(tǒng)進行深入研究，從而明確其主要結構和工作原理。X射線能譜巖芯掃描分析儀能夠直接沿著巖芯的深度方向掃描巖芯剖面，在電腦軟件上獲得能譜圖，因為X射線的波長與元素種類有著對應的關系，且射線的強度與元素的含量也有著一定關系，所以通過對能譜圖進行實際分析，且保證對巖芯內部的化學元素進行了準確的測量和記錄，就可以得到元素含量的相對變化。通過X射線能譜巖芯掃描技術，可以在短時間內判斷巖芯中指示性元素的變化規(guī)律，進一步推斷該地區(qū)的地理環(huán)境，成巖過程，以及污染物質等方面的影響，尤其是在海洋科學研究的過程中，能夠有效克服人工無法到達的區(qū)域，同時減輕人工作業(yè)負擔，提高檢測的精度。利用X射線能譜巖芯掃描技術可以根據(jù)海底的古環(huán)境，進行化學特征的模擬變化與模型重建。例如沿著樣品的縱向深度方向，在儀器上進行連續(xù)自動的高靈敏度檢測，并且最終形成清晰度更高的圖像采集結果，根據(jù)采集到的數(shù)據(jù)信息和圖像內容進行對應，提高了儀器的綜合使用效果，實現(xiàn)了檢測的連續(xù)性。另外由于X射線能譜巖芯掃描儀自動化程度非常高，并且能夠長時間的不間斷作業(yè)，所以對于樣品的連續(xù)性分析，具有安全穩(wěn)定可靠的效果。目前隨著我國對于海洋科學的深入探索，通過利用X射線能譜巖芯掃描技術能夠極大的促進海洋科學的研究與開發(fā)，從而更好地促進我國社會經(jīng)濟的發(fā)展[1-2]。

1.1 光學成像系統(tǒng)

通過光學成像系統(tǒng)的高分辨率攝像頭和激光三角測量器，能夠針對樣品表面進行高分辨率的圖像拍攝，并且進行針對性的分析，利用X射線、照相技術，能夠快速的設置圖片中的各項參數(shù)，并且，將位置與數(shù)據(jù)進行準確對應，在光學圖像掃描的過程中，利用三角測量系統(tǒng)記錄樣品表面的平整程度曲線，從而形成海底環(huán)境的模型，提高測量的精準程度。

1.2 數(shù)字X射線成像系統(tǒng)

數(shù)字X射線成像系統(tǒng)，包括兩個部分，即射線發(fā)生器和扁平光束。光學系統(tǒng)在通常情況下能夠利用X射線發(fā)生器，根據(jù)不同的測量目標，切換成不同的陽極靶，并且可以快速的進行數(shù)據(jù)元素分析。在實際測試的過程中，如果電壓電流在30毫安左右能夠獲得非常良好的效果。通過X射線射出之后，激光光束系統(tǒng)能夠快速形成矩形光束，這樣的裝置可以避免X光射線的散射，提高了X光線成像的精準度。

2 X射線能譜巖芯掃描技術的工作流程

X射線能譜巖芯掃描技術的工作流程大體上基本一致，僅有細微的差別。所以本文從一般規(guī)律性進行討論工作流程。

首先，在進行工作之前，必須要針對儀器的冷卻水流量和溫度進行判斷，保證初始電壓和電流符合正常的要求范圍。在未使用前進行預熱，同時將電腦上的各種軟件打開，通過將軟件與設備進行無線連接，并且對各項設備進行全方位系統(tǒng)化的判斷與處理，保證設備運行的效果。然后針對X射線管的類別進行合理化選擇。打開樣品槽蓋，根據(jù)樣品的直徑合理調節(jié)樣品的高度和長度，通過軟件對樣品表面進行測量與描繪，并且記錄平面平整度的曲線，然后進行自動調試，通過這樣的方式，能夠避免探頭與樣品之間發(fā)生碰撞，從而保證探頭的相對安全距離，提高測量的精準程度。經(jīng)過這些步驟方法，能夠提高探測軟件自動學習的水平，并且，為后續(xù)的檢測提供良好的基礎。設置完X射線照相的射線強度之后，通過利用Excel表格分析參數(shù)。對軟件所呈現(xiàn)出的測量元素進行參數(shù)設定，通過對樣品的實際情況進行針對性的調整，更好的實現(xiàn)元素峰值與標準曲線之間的擬合，適當延長測試點掃描的時間，提高測試的結果。在測試結果得出之后，可以通過自動記錄儀，將各種參數(shù)進行準確的記錄，并且形成一定的數(shù)據(jù)資料。最后將軟件平臺恢復到初始位置，調整X射線照相機的二極管陣列。根據(jù)設置的參數(shù)，存儲位置進行數(shù)據(jù)讀取，并且將樣品與數(shù)據(jù)進行準確的對應，提高了整個探測結果的自動化處理。

3 輸出結果的分析

由于X射線能譜巖芯掃描技術能夠同時輸出光學圖像、X射線圖像以及元素密度曲線等內容，所以可以將光學圖像與X射線圖像進行重合，提高樣品的紋理屬性、結構特征等數(shù)據(jù)信息，實現(xiàn)元素數(shù)據(jù)的準確對應，從而有效的提高樣品元素的測試效果，包括樣品密度、含水量、表面平整度等方面的性質，通過這些內容的整合，可以極大的提升探測的效果。由于元素之間存在著較大的相似性和差異性，所以必須要每一種元素都能夠在元素周期表中具有明確的位置關系。通常情況下，常量元素與微量元素之間的關系統(tǒng)稱為元素含量和元素組合，這些數(shù)據(jù)的判斷能夠進一步幫助我們掌握地球的化學元素變化規(guī)律，也能夠更好地針對地球化學進行有效研究。通過對元素的組合量進行探討與分析，可以在短時間內提升地殼界面的化學研究。例如，通過利用X射線能譜巖芯掃描技術針對結構進行化學研究，可以更好地針對測試結果進行解釋與說明。

在利用X射線能譜巖芯掃描技術的過程中，最主要的就是通過對巖芯沉積方向垂直紋理層進行監(jiān)測，通過利用X射線形成一條光斑，并且該光斑的寬度大約為十幾毫米，長度與分辨率對應，能夠通過調節(jié)光斑長度提升巖芯掃描的分辨率。在海洋科學研究的過程中，通過對海底原化學元素的含量進行分析，可以有效的判斷海底的自然環(huán)境資源，以及金屬礦藏具體位置，同時還可以針對海洋底部環(huán)境污染問題進行分析。

對于X射線能譜巖芯掃描技術來說，通常會運用到全反射，叫狹縫系統(tǒng)，通過儀器控制與能譜數(shù)據(jù)的處理分析，可以實現(xiàn)自動化掃描，并且針對巖芯的樣品進行X射線熒光編程分析，最終實現(xiàn)多種元素的共同檢測，極大的提高了元素的靈敏程度，保證巖芯內部元素含量分布曲線有效提升，同時也能夠自動生成元素含量的分布表，更加直觀的展現(xiàn)出海底環(huán)境的變化情況[3]。同時為了極大的提升對海底模型監(jiān)測的效果，必須要采用千兆數(shù)據(jù)量級別的照相圖像數(shù)據(jù)采集相機，通過利用掃描相機能夠有效的提高像素分辨率，數(shù)據(jù)圖像不僅能夠準確的呈現(xiàn)出具體的圖像細節(jié)，而且還可以深刻的記錄，并且揭示出巖芯沉積物表面的具體過程，例如以1.4米巖芯作為案例進行測量，必須要通過自動采集14000張元素圖譜，并且將這些圖譜按照文件的內容進行統(tǒng)一歸檔，每一張元素譜在記錄完成之后都必須要經(jīng)過五個步驟，即能量刻度、減背景、尋峰、匹配元素以及求面積，采集元素譜的隨機事件很多，能譜峰形特點各異，我們采用了多個智能算法，實現(xiàn)了這一自動化功能。最終形成元素圖譜，通過利用自動化軟件進行處理，極大的節(jié)省運算時間，也更加有效的提高檢測的準確率[4]。

4 海洋研究方面的應用

X射線能譜巖芯掃描技術在海洋科學中的應用具有非常明顯的效果，例如，測量濁流沉積以及濁流演變評價海底沉積物等方面。

4.1 濁流沉積及演變

由于不同的化學元素之間的比率均有較大差距，所以沉積物在追擊的過程中，會根據(jù)這些不同的信息進行分類。例如，鐵和鈣的化學元素比率比較好，能夠更好的分辨出濁流沉積層和遠洋沉積層，但是因為遠洋沉積層的物質要比濁流沉積層的含量要高很多。同時還可以根據(jù)RB元素與碎屑土進行判斷，通過這些信息的整合與分析，可以更好的還原濁流沉積的過程，同時還可以對海洋地質環(huán)境進行分析。

4.2 對于海底沉積物的探測

海底沉積物，有機碳含量被廣泛的應用，利用海洋生物物質與X射線能譜掃描技術對沉積物的有機物質特征進行分析，可以明確的為全球變暖提供重要的參考依據(jù)。

5 結語

本文針對X射線能譜巖芯掃描技術進行全面的分析。并且針對關鍵性技術、具體操作進行了總結與思考。通過利用X射線能譜巖芯掃描技術，不僅可以在短時間內提升對于巖石的細節(jié)測量效果，同時還可以有效增強對于指標性元素的充分考慮，進一步提升巖石的檢測效果。同時，利用X射線能譜巖芯掃描技術在海洋科學中的探測，可以針對目標海域制作模型，強化海洋深處化學元素的采集與整理，提升海洋科學的研究深度與研究廣度，進一步針對海洋深處的變化與發(fā)展進行研究。

參考文獻

[1]祝軼琛.弱光響應的多元復合催化劑的開發(fā)及其在海水體系中光催化降解有機物過程[D].浙江工商大學，2017.

[2]姚鑫雅.XRF巖芯掃描技術在寧紹平原全新世海平面變化重建中的應用[D].南京師范大學，2016.

[3]李強，楊天邦，黃雪華，涂公平.質控圖法評定測量不確定度在X射線熒光光譜法分析領域的應用[J].分析儀器，2015，（04）：66-70.

[4]李強，張學華.粉末壓片-X射線熒光光譜法測定深海富鐵粘土中主次量組分[J].冶金分析，2018，（04）：57-62.