1960—2020年中国X射线荧光光谱分析评述文献评介

李小莉 ,王毅民 ,高新华 ,白金峰

(1.中国地质科学院 地球物理地球化学勘查研究所,廊坊 065000;2.国家地质实验测试中心,北京 100037;3.钢铁研究总院,北京 100037)

评述文献是了解某领域或行业相关技术发展现状及趋势的最便捷工具之一,广受读者关注。X 射线荧光光谱(XRF)自1960年开始在中国已经历了60多年的发展,相关文献数量已过万[1]。《中国X 射线光谱分析文献索引》(以下简称“索引”)一书给出了1960—2015年的各类评述论文79篇[2],首次系统地为读者提供了中国XRF 分析评述论文目录,是查阅中国XRF分析文献、了解XRF发展情况的重要资料。在此基础上,本文借助中国知网的《中国学术期刊(网络版)》数据库(CAJD)收集了1960—2020年发表的各类XRF 评述文献181 篇,与“索引”中的文献合并整理,对这些文献进行分类评介,并对影响较大的文献做进一步说明。

1 评述文献收集情况说明及概况

利用中国知网的CAJD 提供的高级检索功能,以评述、综述、评介、进展等为检索词对篇名、关键词和摘要进行搜索,获得了200多篇文献,剔除其中非XRF分析的文献或非评述文献后与“索引”中的评述文献合并,再对文献实际内容、信息量和引文情况进行取舍,最终共收集文献181篇。将所得文献分成综合性评述、年度评述和专题评述三大类,又将专题评述分成仪器评述、软件和技术方法评述以及各领域应用评述。应当说明的是,就实际的XRF文献来说,评述文献的严格区分是困难的,当然,XRF评述文献的分类标准也是难以严格界定的。

2 综合性评述

这里的综合性评述是指对XRF分析仪器设备、技术方法和各领域应用进展进行较全面评述的论文,并且文章信息量较大,引文数量较多。本文收集的综合性评述文献共24篇[3-26],其中对XRF 发展影响较大的综合性评述见表1。

表1 对XRF发展影响较大的综合性评述文献简介Tab.1 Brief introduction of comprehensive review literatures that had great influence on the development of XRF

表1中的这些文献在我国XRF 分析发展的各个时期都发挥了重要作用,其作者大多为在我国XRF分析领域具有较大影响的著名专家。特别是《X 射线荧光光谱分析新发展与应用》[13]和《X 射线荧光光谱三十年》[14]这两篇文献的信息量和引文数量均较大。文献[7]是马光祖在首届北京分析测试学术报告会暨展览会(BCEIA)上的报告,以摘要的形式刊出,后在X-RaySpectrometry期刊发表[8]。随着XRF分析技术的发展,相关论文数量也迅速增长,但遗憾的是近几年已鲜见这类较全面的综合性评述了。

除上述介绍的传统综合性评述外,还有两类综合性评述,一类是译文,另一类是评述国外XRF 发展的文献[16-24]。XRF是一种引进技术,因此评述国外XRF研究进展对推动我国XRF技术发展具有重要意义。《X-线谱分析的现状》[16]是我国首篇关于XRF分析的文章(引文数量106篇),发表于我国邀请原苏联专家举办的首批全国性培训班期间,译者沈联芳和李安模是我国20世纪50年代末委派赴苏学习XRF的学员,因此该论文是我国XRF 分析领域的一篇历史性文献。《荧光X 射线光谱分析》[17](引文数量229篇)是卢云锦于1964年在北京科学会堂召开的全国测试基地年会上的专题报告,是我国早期XRF 分析领域的重要文献,该作者是1960年我国首批全国性培训班的主要经办人,也是我国XRF分析实验室的创建者之一,之后发表的《荧光X-射线谱分析(上、下)》[18-19]是他在南京大学任教期间的讲座材料。

文献[24-26]的作者虽然并非XRF分析领域的专业研究人员,但文章涉及的内容和引用的文献亦有很大的参考价值,在此也一并列出供参阅。

3 年度评述

年度评述是了解XRF 研究进展最好的材料之一,基本上是期刊向知名专家的约稿,因此具有很高的参考价值。国际著名期刊JournalofAnalytical AtomicSpectrometry每年均刊出有关XRF 的评述,而AnalyticalChemistry每两年均有定期评述,其中也有关于XRF的。《分析试验室》于1987年开始刊出“X 射线荧光光谱分析”年度评述,每两年出一篇,2009年截止,共刊出12篇[27-38],这些文献深受读者欢迎。

4 专题评述

专题评述是了解XRF发展趋势的重要桥梁,但由于这类文献较多,本文仅收集了145篇信息量较大、有一定引文支持、较高层面的论文[36-180],并按仪器评述、软件及技术方法评述和各领域应用评述分别进行评介。

4.1 仪器评述

本文收集的仪器评述共46篇[39-84],其中6篇关于WDXRF及EDXRF等多种XRF仪器[39-44],7篇关于 WDXRF 仪器[45-51],6 篇关于EDXRF 仪器[52-57],2篇关于便携式XRF 仪器[58-59],10篇关于SRXRF仪器[60-69],4篇关于TXRF 仪器[70-73],7 篇关于PIXE 和扫描质子探针(SPM)[74-80],3 篇关于微束XRF仪器和使用X 光透镜的XRF仪器[81-83]。

作为一种引进技术,XRF 仪器设备,特别是WDXRF、EDXRF 等大型仪器主要是靠国外进口,因此不同时期,特别是早期XRF仪器评述基本上是针对国外仪器进行介绍,从而帮助国内用户更好地了解国外各仪器厂家仪器特性,进而选购或使用仪器。我国从20世纪80年代末才开始引进SRXRF、PIXE和SPM 等大型仪器,相关评述主要是帮助国内用户了解这些仪器的性能、应用领域和发展前景等,进而吸引各领域学者进行相关科学研究。这些评述的作者大多是这方面的专家或各应用领域的专家,此类文献都有较高的参考价值。X 光透镜装置是我国XRF分析领域比较独特的研究,北京师范大学为此做了大量的科研工作[84]。

4.2 软件和技术方法评述

XRF分析软件和技术方法研究在我国有一定基础,也取得了很好成果。但在现代XRF 分析中,软件大多数是与仪器绑定在一起的。由于我国在XRF仪器研制工作方面的落后,软件的研究成果推广与应用受到很大限制,这是影响我国软件和技术方法研究发展的重要因素之一。本文收集软件方面的评述2篇[85-86],技术方法方面的评述11篇[87-97],其中6篇关于制样方法[87-92],5篇关于数据处理与基体校正[93-97]。

4.3 各领域应用评述

XRF最初主要是应用于工业领域,近年来在环境、生物医药和人文科技领域也得到快速发展。鉴于这方面的文献较多,本文只列出在各领域涉及面较宽、信息量较大、有较丰富引文的评述,共计85篇[98-182],从地矿与建材,冶金与有色金属,环境与材料科学,农业、食品与生物医学,石油化工与过程分析,科技考古与刑侦,贵金属饰品与宝玉石检验,标准方法等8个方面进行评介。应说明,不少文献难以判断归属于哪个方面,交叉应用的情况在所难免,另外单一元素分析的评述也较多,这里不再列出。

4.3.1 地矿与建材

以岩石矿物为主的地质材料分析是XRF 分析应用最早、最广泛的领域之一。地质材料组成复杂,几乎包含了自然界存在的所有元素,而且不同地质材料中的元素含量范围宽(通常相差数个数量级),这就为XRF同时分析多元素提供了广阔的应用天地,使得用于地质材料的XRF分析具有广泛的适应性和更大的参考价值。XRF 在地矿领域应用的专题评述较多,本文收集33篇[98-130],其中地质分析综合性评述4 篇[98-101],XRF 在地学研究领域的应用6篇[102-107],另有XRF 在地质实验室应用的阶段性进展评述2篇[108-109]。XRF 在岩石矿物、土壤和沉积物等物质分析中应用的专题评述也很多,这里收集信息量较多的文献共12篇[110-121],其中化探[110]、土壤[111]、沉积物[112]、稀土元素[113]、矿石[114]分析各1篇,铁矿石和铬铁矿石分析3篇[115-117],铜矿石分析2 篇[118-119],磷矿石分析2 篇[120-121]。还收集了1篇关于XRF在录井方面应用的评述[122]。

在2020年《冶金分析》的一个专辑中,刊出了8篇XRF在地矿领域应用的系列评述,这些评述的信息量较大,引文也比较丰富[123-130]。

4.3.2 冶金与有色金属

冶金、有色金属工业也是XRF 的重要应用领域,虽然XRF在矿石、合金中单个元素分析的评述不少,但综合性评述并不多,本文共收集8篇[131-138],除XRF在钢铁工业方面的应用外,还包括在铝工业中的应用1篇[136]和稀土元素分析进展2篇[137-138]。吴文琪等[138]综述了XRF 在稀土元素分析方面的应用,包括土壤沉积物、矿物、稀土富集物、单一稀土化合物、稀土金属、合金、稀土功能材料以及过程分析中稀土元素的测定,涉及钢铁、有色金属、石油化工、地质、生物、电子材料等领域,是一篇比较全面的专题评述。

4.3.3 环境与材料科学

环境与材料科学是XRF 分析应用发展最快的领域之一,土壤、水和大气颗粒是重要的环境信息载体,本文收集XRF 在环境领域应用的评述13篇[139-151],在材料科学领域应用的评述6篇[152-157]。王世芳等[143]综述了国内外XRF在土壤重金属检测方面的研究进展,对检出限、模型优化和检测仪器研制与应用等方面进行了重点介绍,展望了应用前景,是环境领域中比较有代表性的一篇专题评述。在材料科学应用方面,韩小元等[152]综述了XRF在薄膜表征方面的研究进展;刘春等[153]介绍了XRF在Ro HS(《关于限制在电子电器设备中使用某些有害成分的指令》)分析中的应用;陆筱彬等[157]综述了XRF在金属材料分析中的应用进展。

4.3.4 农业、食品和生物医学

随着人们对食品安全和身体健康的关注,XRF在农业、食品和生物医学方面的应用也在快速发展,本文收集这方面的评述共9 篇[158-166]。徐昕怡等[160]综述了国内外XRF 在药品研发以及原料药、药用辅料和制剂元素杂质分析中的应用进展。史先肖等[161]综述了XRF在食品、生物医药以及化妆品领域的应用。何姣姣等[162]综述了XRF 在土壤及植物体矿质元素测定方面的研究进展,展望了XRF在农业领域的应用前景。吴应荣等[165]综述了SRXRF在生物医学中的应用。赵利敏等[166]综述了TXRF在生物医学研究中的应用及进展。

4.3.5 石油化工与过程分析

本文收集了4篇XRF 在石油化工方面应用的评述[167-170],2篇在过程分析方面应用的评述[171-172]。翟磊等[167]全面阐述了XRF 分析石油化工产品的研究现状、存在问题及方法改进,并探讨了其未来的发展趋势。杨一青等[168]评述了XRF 在催化剂分析领域的应用,展望了其应用前景。满瑞林等[171]评述了XRF在冶金、地质、采矿、选矿等方面的应用及进展。

4.3.6 科技考古与刑侦

XRF在科技考古方面的应用研究工作开展较早,随着便携仪器性能的改善,其应用范围迅速扩展[173-176]。朱剑等[174]介绍了XRF 在文物鉴定、断代、产地及其矿料来源分析、制作工艺和保护等考古研究中的应用现状,指出了现存的一些问题,展望了其应用前景和发展方向。苏会芳等[177]综述了国内外micro-XRF 在射击残留物、指纹显像、毒品来源及生产工艺等物证鉴别方面及其在犯罪现场分析等方面的研究进展,特别关注近年来智能、便携化的micro-XRF技术的发展及其在法医鉴定中的应用。

4.3.7 贵金属饰品与宝玉石检验

传统贵金属铂饰品检测方法操作繁琐、成本较高,特别是需破坏样品。XRF作为一种非破坏性技术在贵金属饰品与宝玉石检验中迅速发展。王高娟[178]综述了XRF在贵金属饰品中的检测现状,讨论了常见问题和应注意的事项。孟建华等[179]着重介绍了贵金属饰品中有害元素分析的相关国家标准及检验方法的研究进展,并对未来发展进行了展望。

4.3.8 标准方法

XRF经几十年的发展,在许多方面的应用已相当成熟,这为XRF分析方法的标准化创造了条件,本文收集这方面的评述4 篇[180-183]。楼蔓藤[180]简述了XRF标准化的进展,介绍了国际、中国和行业标准的现状,指出了不足并提出建议。朱俐等[182]综述了国内外采用XRF的各类标准,其中包括美国材料与试验协会(ASTM)标准、国际标准化组织(ISO)标准和我国国家标准,这些标准主要是应用于石油及其产品、合金和矿石中元素含量的测定。李辉等[183]以钢铁分析为例,对国内外金属材料分析方法标准中应用WDXRF的现状作了评述。

5 结语

中国XRF 分析已经历了60多年的发展,相关文献已逾万篇。2019年有两篇论文对我国XRF分析文献进行了计量统计研究[2,184],为全面了解我国XRF分析发展与现状提供了重要资料。在此基础上,王祎亚等[1]进一步整合了这两篇论文提供的基础数据,给出了中国XRF分析文献分布状况更广角度、更多层面的统计数据。本文在前述资料的基础上对XRF评述文献进行了进一步的梳理和分类,收集了1960—2020年的评述文献共计181篇。其中综合性评述和年度评述大多是由业内著名专家撰写,内容十分丰富,引文广泛,具有很高的参考价值。遗憾的是这两类评述都距今太久,期盼有内容丰富、新的综合性评述出现,以满足读者对XRF分析技术迅速发展的渴求。专题评述文献数量较多,但内容和信息量差别较大。有关仪器设备的评述文献量较多,特别是新技术设备,虽大多由相关专家撰稿,但这类评述时效性有限,近期评述较少。各应用领域的评述文献中,应用发展较快的环境、材料、农业、食品、生物医学方面的评述较新;地矿领域近年刊出的系列评述论文内容较多、引文丰富,是各应用领域中比较突出的。