用X射線熒光分析技術(shù)甄別金制品和鍍、包金贗品

1、第31卷第2期1997年3月原子能科學(xué)技術(shù)AtomicEnergyScienceandTechnology.31,No.2VolMar.1997用X射線熒光分析技術(shù)甄別金制品和鍍、包金贗品(,)、包金贗品,、包層厚度在70m以下的各種重金屬覆蓋X射線熒光分析低能伽瑪散射金制品鍍、包金贗品在金制品成色測(cè)定過(guò)程中往往會(huì)遇到鍍、包金贗品。目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上銷售的各種X射線熒光分析黃金成色儀,由于其技術(shù)基礎(chǔ)都是對(duì)各元素受激特征X輻射譜線強(qiáng)度進(jìn)行“閉環(huán)法”處理,實(shí)際上是不能判別金制品和鍍、包金贗品的。本文在源激發(fā)X射線熒光分析的基礎(chǔ)上,提出用“閉環(huán)法”結(jié)合康普頓散射和瑞利散射強(qiáng)度進(jìn)行綜合數(shù)據(jù)處理來(lái)可靠地甄別

2、金制品和鍍、包金贗品。1原理111受激X射線熒光分析的基本公式1)在多能放射源的照射下,探測(cè)器探測(cè)到的多元素樣品中i元素、能量為Ey,i的受激特征X輻射的強(qiáng)度為S(Ey,i)i=8182(Ey,i)I jjqxq(Ex,j)q+(Ey,i)q) 1-exp-dxq(Ex,j)q+(Ey,i)q)q(1)這里81為樣品對(duì)放射源所張的立體角,82為探測(cè)器對(duì)樣品所張的立體角,(Ey,i)為探測(cè)器對(duì)能量為Ey,i的射線的探測(cè)效率,xi和xq分別為樣品中i元素和q元素的含量,Ex,j、Ij為放射源出射的第j條射線的能量和強(qiáng)度,p(Ex,j)和(Ex,j)q分別為i元素和q元素對(duì)能量為Ex,j的射線的質(zhì)量

3、光電吸收系數(shù)和質(zhì)量吸收系數(shù),Wi為i元素發(fā)生光電效應(yīng)后產(chǎn)生特征X輻射的幾率,為樣品密度,d為樣品的厚度,符號(hào)僅對(duì)放射源出射的射線中那些能量足以激發(fā)i元素輻射能量為Ey,i的特征X射線的射線進(jìn)行求和。收稿日期:1996201212收到修改稿日期:1996208220第2期鄧艷麗等:用X射線熒光分析技術(shù)甄別金制品和鍍、包金贗品1192)探測(cè)器探測(cè)到的放射源中能量為Ex,j的第j條射線在樣品上一次康普頓散射和瑞利散射的強(qiáng)度分別為SC,j=8182(EC,j)Ijxq C(Ex,j)q 1-exp-dxq(Ex,j)q+(EC,j)q)qqxq (Ex,j)q+(EC,j)q)q(2)SR,j=818

4、2 (Ex,jx (E) I 2x (ERjqqx,j)q)qx,j 1-exp-2dxq1(Ex,j)qq(3)這里EC,j為康普頓散射射線的能量,C(Ex,j)qR(Ex,jqEx,j射112鍍、包層樣品X測(cè)量鍍、1(,致使(1-ex)1。iEy,i的特征X輻射強(qiáng)度為S(Ey,i)i,d為鍍、包層厚度。b,則探測(cè)到的來(lái)自底襯的b元素能量為Ey,b的特征X輻射的強(qiáng)度為S(Ey,b)b=8182(Ey,b) Ij (Ex,j)b+(Ey,b)bjexp-dxqq(Ex,j)q exp-dxq(Ey,b)qq(4)如果底襯元素b與鍍、包層中的i元素相同,則測(cè)得的i元素特征X輻射的強(qiáng)度為(5)Si

5、=S(Ey,i)i+S(Ey,b)b同樣,對(duì)鍍、包層樣品來(lái)說(shuō),對(duì)放射源的第j條射線,探測(cè)到的一次康普頓散射和瑞利散射的強(qiáng)度為SC=SC,j+SC,j,bSR=SR,j+SR,j,b(6)(7)這里SC,j,b和SR,j,b分別為探測(cè)到的來(lái)自底襯的一次康普頓散射和瑞利散射強(qiáng)度。113“有效層”和“有效含量”為討論方便,本文引入“有效層”和有效層內(nèi)元素的“有效含量”這2個(gè)概念。“有效層”被定義(2)、(3)中與項(xiàng)(1-ex)0199相應(yīng)為與公式(1)、的d值。獲取的能譜上各條譜線的強(qiáng)度將只取決于它們各自的“有效層”內(nèi)樣品的結(jié)構(gòu)與組份。為了反映這一元素組份構(gòu)成,本文在“有效層”內(nèi)引入“有效含量”這一

6、概念。對(duì)某個(gè)能量的譜線來(lái)說(shuō),鍍、包金制品的“有效含量”被定義為獲得相同譜線強(qiáng)度的金制品含量。顯然,一個(gè)鍍、包金圖1樣品裝置(a)和實(shí)驗(yàn)框圖(b)Fig11Schematicdiagramofsample(a)andexperiment(b)120原子能科學(xué)技術(shù)第31卷樣品,對(duì)“有效層”厚度大于鍍、包層厚度的譜線來(lái)說(shuō),它的金“有效含量”要低于鍍、包層金含量。114金制品與鍍、包金贗品的甄別對(duì)于金制品和鍍、包金贗品,主要涉及的元素為Au、Ag、Cu。Ag和Cu是金制品調(diào)節(jié)色澤和成色最常用的元素,也是鍍、包金贗品最常用的底襯材料。放射源仍按黃金成色儀中常用的241源出射的主要射線的能量和強(qiáng)度及Au、

7、Am源考慮。Ag、Cu特征X輻射射線的能量參閱文獻(xiàn)1。根據(jù)相應(yīng)元素的質(zhì)量吸收系數(shù)1斷定,對(duì)一個(gè)以金為主體的樣品銅、金特征X“有效層”為510“有效層”約為m,銀特征X輻射的m,5915瑞利散射的有效層則為200由于591m以至更大。射具有遠(yuǎn)大于Au、,、(例如50Ag、Cu特征Xm)時(shí),“有效含量”。表1質(zhì)g低能射線的質(zhì)量康普頓吸收系數(shù)C、。1表1Au、Ag、Cu與5915keV射線的相互作用參數(shù)Table1InteractiveparametersofAu、AgandCuwith5915keVrays元素AuAgC cm2g-321421121C 010233010204R cm2g-145

8、1039161R 011043010384由表1可見(jiàn)Cu的康普頓散射份額遠(yuǎn)大于Au,Au的瑞利散射份額又顯著大于Ag、Cu。因此當(dāng)樣品為鍍、包金贗品時(shí),與金制品相比其康普頓散射強(qiáng)度增強(qiáng)或瑞利散射強(qiáng)度下降,依此作出為鍍、包金贗品的甄別。例如1個(gè)以Cu為襯底鍍、包20“有效層”小于10m厚純Au的樣品。由于Au的m,因此在測(cè)得的譜圖上Au譜線的強(qiáng)度SAu與純Au樣品測(cè)得的是相同的。對(duì)散射譜線來(lái)說(shuō),由于“有效層”為200“有效含量”中Cu將存在并占有一定份額。從而導(dǎo)致康普頓散射m,因此強(qiáng)度SC增大、瑞利散射強(qiáng)度SR減小。設(shè)對(duì)鍍、包Au樣品有:R1=SAu SC;R2=SAu SR;對(duì)純Au有:R10

9、=SAu SC0;R20=SAu SR0;顯然有R1<R10R2>R20上式是對(duì)Cu襯底贗品進(jìn)行甄別的基本判據(jù)。同樣對(duì)Ag襯底贗品將有基本判據(jù)R1>R10R2>R20隨著鍍、包層厚度的增加,R1和R2將趨向于R10和R20,當(dāng)鍍、包層厚度等于散射譜線“有效層”厚度時(shí),R1和R2將等于R10和R20,是否鍍、包層贗品已無(wú)法用本方法判斷。2理論計(jì)算211計(jì)算的基本參數(shù)241Am放射源發(fā)射的射線能量和強(qiáng)度與Au、Ag、Cu三元素的特征X射線能量及w值參閱文獻(xiàn)1;各元素對(duì)各能量的、p、C、R值用線性內(nèi)插計(jì)算得到;探測(cè)器的探測(cè)效率假定為1;只計(jì)算5915keV射線在樣品上一次康普

10、頓散射和瑞利散射的強(qiáng)度。第2期鄧艷麗等:用X射線熒光分析技術(shù)甄別金制品和鍍、包金贗品121212計(jì)算內(nèi)容22K、18K、14K、9K金5種;襯底取純Cu和純Ag2種;鍍、包層取Au制品取純Au、純Au、22K、9K金3種;鍍、包層厚度取0、011、015、110、210、510、10、20、30、50、100、200m共12種。對(duì)每一種襯底,鍍、包層及每種鍍、包層厚度計(jì)算R1、R2和歸一化的Au含量份額IAu值;對(duì)各種Au制品計(jì)算其R1、R2和IAu值。這里要說(shuō)明的是歸一化的Au含量份額IA、包Au樣品算得的Au、u。鍍Ag、Cu譜線的強(qiáng)度SAu、純Ag、純Cu樣品(0SAg、SCu與純Au、

11、m)各自算得的譜線強(qiáng)度SAu0、SAg0Cu0之比稱0之為含量份額,并記為IAu、IAg、ICu。歸一化后得到的IAuIAu213計(jì)算方法1)用公式(1)(7)計(jì)算各譜線強(qiáng)度2)假定純Cu、純SC0(Cu)、SR0(Cu)、SC0(A)SC0(Ag) SAg SAg0-SC0(Cu) SCu SCu0=SC-SSR0(Ag) SAg SAg0-SR0(Cu) SCu SCu0R=SR-(10)(11)得到:R1=SAu C;R2=SAu RSS3)歸一化含量份額IAu計(jì)算(IAu+IAg+ICu)IAu=SAu SAu0IAg=SAg SAg0ICu=SCu SCu0IAu=IAu3計(jì)算結(jié)果及

12、討論00對(duì)金制品,以及純金、22K金、9K金鍍、包層的計(jì)算結(jié)果以IAu2R1、IAu2R2曲線的形式在00圖2、3中給出。計(jì)算結(jié)果表明對(duì)18K金、14K金鍍、包層樣品IAu2R1曲線和IAu2R2曲線的變化趨勢(shì)與22K金、9K金鍍、包層樣品的曲線相同,其數(shù)值介于22K-9K金。圖2銅襯底鍍包金樣品的理論計(jì)算IAu2R2曲線0Fig12TheoreticalcalculationrelationbetweenIAu圖3銅襯底鍍包金樣品的理論計(jì)算IAu2R1曲線0Fig13TheoreticalcalculationrelationbetweenIAuandR2ofcopperlinersampl

13、eswrappedupbygold金制品;鍍包純金樣品;×鍍包22K金樣品;+鍍包9K金樣品andR1ofcopperlinersampleswrappedupbygold金制品;鍍包純金樣品;×鍍包22K金樣品;+鍍包9K金樣品122原子能科學(xué)技術(shù)第31卷由圖2、3可得出如下結(jié)論:01)在相同的IA、包金樣品的R2值明顯地大于金制品,而R1值則明顯地u值下,Cu襯底鍍0小于金制品。包層薄時(shí))曲線Cu襯底的R1或R2曲線都呈現(xiàn)這樣一個(gè)特點(diǎn):即在IAu小時(shí)(鍍、0近乎無(wú)變化,而當(dāng)IA、包層厚度510u大于某個(gè)值(約與鍍m相當(dāng))后,曲線則變化陡峭,迅速地趨向于鍍、包層相應(yīng)成色金

14、制品的R1值或R2值。這是由于Cu特征X射線的“有效層”000只約5m。因此IAu值迅速達(dá)到飽和,從而出現(xiàn)IAu2R1曲線的迅速上升和IAu2R2曲線的迅速下降。02)理論計(jì)算表明:在相同的IA、包金樣品的R2。u值下Ag襯底鍍3)可見(jiàn)一般情況下R2值是一個(gè)甄別金制品和鍍4實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論如:(;(2)散射射線對(duì)樣品元素特征X;(X輻射的二次激發(fā)。221(b)。探測(cè)器為平面鍺探測(cè)器,對(duì)55Fe5195keVX射線的能量分辨率為小于180eV。放射源用1111×109Bq窗241Am源。Ag、Cu襯底厚為200包層厚度分別為0112、0167、112、119、515、914、19、28、

15、50、90m;鍍、m10種。金制品為沈陽(yáng)冶煉廠<20mm厚200m的金標(biāo)牌和中國(guó)人民銀行監(jiān)制的成色金標(biāo)樣條。0按213節(jié)的方法計(jì)算IAu、R1和R2值。00圖4、5分別給出了用Cu襯底的鍍、包金樣品的實(shí)驗(yàn)IA作為比較,各u2R1和IAu2R2曲線。00圖也給出了相應(yīng)金制品的實(shí)驗(yàn)IAu2R1和IAu2R2曲線。0圖4銅襯底鍍包金樣品的實(shí)驗(yàn)IAR2曲線u20Fig14ExperimentalrelationbetweenIAu0圖5銅襯底鍍包金樣品的實(shí)驗(yàn)IAR1曲線u20Fig15ExperimentalrelationbetweenIAuandR2ofcopperlinersamples金

16、制品;鍍包純金樣品;×鍍包22K金樣品andR1ofcopperlinersamples金制品;鍍包純金樣品;×鍍包22K金樣品0由實(shí)驗(yàn)知在IA、包Au贗品的R2值顯著大于金制品,而R1值u值相同時(shí),對(duì)Cu襯底,鍍顯著小于金制品。對(duì)Ag襯底,鍍、包Au贗品的R1值和R2值都顯著大于金制品,即待測(cè)樣第2期鄧艷麗等:用X射線熒光分析技術(shù)甄別金制品和鍍、包金贗品123品的R2值顯著大于金制品區(qū)域的R2值,即為鍍、包金贗品。0這一結(jié)果與理論預(yù)計(jì)相符。對(duì)Cu襯底,實(shí)驗(yàn)的IAu2R1曲線則比理論計(jì)算結(jié)果更趨近于金制品的R1值,但2者仍能顯著區(qū)分。00圖4、5中也給出了鍍、包22K樣品的

17、IAu2R1和IAu2R2曲線。曲線除了因趨向終點(diǎn)為22包純Au樣品外,曲線的其他形狀,兩者十分相近。因K金制品的R1值和R2值而不同于鍍、此,這一方法顯然也適用于鍍、包成色金贗品與金制品的甄別。如果以大于金制品R2區(qū)域10%的R2值作為甄別判據(jù)。用本方法可準(zhǔn)確判定是否鍍、包金贗品的最大鍍包層厚度對(duì)Cu襯底可達(dá)50包成色m,對(duì)Ag襯底可達(dá)75m。由于樣品來(lái)源所限,、0金樣品實(shí)驗(yàn)。從鍍、包9K金樣品的理論計(jì)算IA包9u2R2,、K金以上的金贗品。本方法使用的各種核參數(shù),如特征作底襯、。參考文獻(xiàn)1劉運(yùn)祚.常用放射性核素衰變綱圖.北京:原子能出版社,1982.DISTINGUISHINGBETWEENGOLDSAMPLESANDPLATED-GOLDFAKEBYX-RAYSFLUORESCENCEANALYSISDengYanliLiuBaoshengLiWeihuaLiuJishi(ChinaInstituteofAtomicEnergy,P.O.Box27526,Beijing,102413)ABSTRACT2raysscatteringtoAmethodofcombiningX2rayfluorescenceanalysiswithlow2energydis